Gràcies per visitar Nature.com.Esteu utilitzant una versió del navegador amb suport CSS limitat.Per obtenir la millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o desactiveu el mode de compatibilitat a Internet Explorer).A més, per garantir un suport permanent, mostrem el lloc sense estils ni JavaScript.
La correlació de configuracions atòmiques, especialment el grau de desordre (DOD) dels sòlids amorfs amb propietats, és una important àrea d'interès en la ciència dels materials i la física de la matèria condensada a causa de la dificultat de determinar les posicions exactes dels àtoms en tres dimensions. estructures1,2,3,4., Un vell misteri, 5. Amb aquesta finalitat, els sistemes 2D proporcionen una visió del misteri permetent que tots els àtoms es mostrin directament 6,7.La imatge directa d'una monocapa amorfa de carboni (AMC) cultivada per deposició làser resol el problema de la configuració atòmica, donant suport a la visió moderna dels cristal·lits en sòlids vidris basat en la teoria de xarxes aleatòries8.Tanmateix, la relació causal entre l'estructura a escala atòmica i les propietats macroscòpiques encara no està clara.Aquí informem d'una fàcil sintonització de DOD i conductivitat a les pel·lícules primes AMC canviant la temperatura de creixement.En particular, la temperatura llindar de piròlisi és clau per fer créixer els AMC conductors amb un rang variable de salts d'ordre mitjà (MRO), mentre que augmentar la temperatura en 25 °C fa que els AMC perdin MRO i esdevinguin elèctricament aïllants, augmentant la resistència de la làmina. material en 109 vegades.A més de visualitzar nanocristal·lits altament distorsionats incrustats en xarxes aleatòries contínues, la microscòpia electrònica de resolució atòmica va revelar la presència/absència de MRO i la densitat de nanocristal·lits depenent de la temperatura, dos paràmetres d'ordre proposats per a una descripció completa de DOD.Els càlculs numèrics van establir el mapa de conductivitat en funció d'aquests dos paràmetres, relacionant directament la microestructura amb les propietats elèctriques.El nostre treball representa un pas important cap a la comprensió de la relació entre l'estructura i les propietats dels materials amorfs a un nivell fonamental i obre el camí per a dispositius electrònics que utilitzen materials amorfs bidimensionals.
Totes les dades rellevants generades i/o analitzades en aquest estudi estan disponibles als respectius autors a petició raonable.
El codi està disponible a GitHub (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM i Ma, E. Embalatge atòmic i ordre curt i mitjà en vidres metàl·lics.Nature 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, a Physical Metallurgy, 5a ed.(eds. Laughlin, DE i Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ et al.Implementació d'una monocapa de carboni d'enduriment continu.la ciència.Ampliat 3, e1601821 (2017).
Toh, KT et al.Síntesi i propietats d'una monocapa autoportant de carboni amorf.Nature 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. i Weidenthaler, K. (eds.) Crystallography in Materials Science: From Structure-Property Relationships to Engineering (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. et al.Determinar l'estructura atòmica tridimensional dels sòlids amorfs.Nature 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. i Meyer JK Des de defectes puntuals del grafè fins al carboni amorf bidimensional.física.Reverend Wright.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W. i Meyer JK El camí de l'ordre al desordre: àtom per àtom del grafè al vidre de carboni 2D.la ciència.Casa 4, 4060 (2014).
Huang, P.Yu.et al.Visualització de la reordenació atòmica en vidre de sílice 2D: mira el ball de gel de sílice.Science 342, 224–227 (2013).
Lee H. et al.Síntesi de pel·lícules de grafè de gran superfície uniformes i d'alta qualitat sobre làmina de coure.Science 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. et al.Creeu pel·lícules de grafè de capa baixa i gran superfície sobre substrats arbitraris mitjançant deposició química de vapor.Nanolet.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. i Solanki R. Chemical vapor deposition of graphene thin films.Nanotecnologia 21, 145604 (2010).
Kai, J. et al.Fabricació de nanobossos de grafè per precisió atòmica ascendent.Nature 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. et al.Síntesi racional de nanobossos de grafè de precisió atòmica directament sobre la superfície dels òxids metàl·lics.Science 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Directrius per al càlcul de les propietats electròniques dels nanobossos de grafè.química d'emmagatzematge.dipòsit d'emmagatzematge.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. et al.Creixement a baixa temperatura de pel·lícules sòlides de grafè a partir de benzè per deposició de vapor químic a pressió atmosfèrica.la ciència.Casa 5, 17955 (2015).
Choi, JH et al.Reducció significativa de la temperatura de creixement del grafè sobre coure a causa de la força de dispersió de Londres millorada.la ciència.Casa 3, 1925 (2013).
Wu, T. et al.Pel·lícules de grafè contínues sintetitzades a baixa temperatura introduint halògens com a llavors de llavors.Nanoescala 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF et al.B2N2-perilens inicials amb diferents orientacions BN.Angie.Química.Ed interna.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. i Dresselhaus, MS Espectroscòpia Raman en grafè.física.Representant 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Sota els cims de Bragg: anàlisi estructural de materials complexos (Elsevier, 2003).
Xu, Z. et al.El TEM in situ mostra conductivitat elèctrica, propietats químiques i canvis d'enllaç de l'òxid de grafè a grafè.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Ulleres metàl·liques volumèriques.Alma mater.la ciència.projecte.R Rep. 44, 45–89 (2004).
Mott NF i Davis EA Electronic Processes in Amorphes Materials (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. i Kern K. Mecanismes de conducció en monocapas de grafè derivats químicament.Nanolet.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Conducció de salts en sistemes desordenats.física.Ed.B 4, 2612–2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Estructura electrònica d'un model realista de grafè amorf.física.State Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. i Drabold, DA. Modelatge ab initio de grafit amorf.física.Reverend Wright.128, 236402 (2022).
Mott, Conductivitat en materials amorfs NF.3. Estats localitzats al pseudogap i prop dels extrems de les bandes de conducció i valència.filòsof.mag.19, 835–852 (1969).
Tuan DV et al.Propietats aïllants de les pel·lícules amorfes de grafè.física.Revisió B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF i Drabold, DA Plecs pentagonals en una làmina de grafè amorf.física.State Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. et al.Creixement heteroepitaxial de nitrur de bor hexagonal bidimensional modelat amb costelles de grafè.Science 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. i Tokura Y. Transició metall-aïllant.Sacerdot Mod.física.70, 1039–1263 (1998).
Siegrist T. et al.Localització del desordre en materials cristal·lins amb transició de fase.alma mater nacional.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL et al.Anàlisi estructural i química àtom per àtom mitjançant microscòpia electrònica en anell en un camp fosc.Nature 464, 571–574 (2010).
Kress, G. i Furtmüller, J. Efficient iterative scheme for ab initio total energy calculation using plane wave basis sets.física.Ed.B 54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. i Joubert, D. From ultrasoft pseudopotencials to wave methods with projector amplification.física.Ed.B 59, 1758–1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C., i Ernzerhof, M. Aproximacions de gradient generalitzades simplificades.física.Reverend Wright.77, 3865–3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. i Krieg H. Parametrització inicial consistent i precisa de la correcció de la variància funcional de densitat (DFT-D) de 94 elements H-Pu.J. Química.física.132, 154104 (2010).
Aquest treball va comptar amb el suport del Programa Nacional d'R+D de la Xina (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), la Fundació Nacional de Ciències Naturals de la Xina (2017YFA0206300) 4001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Beijing Natural Science Foundation (2192022, Z190011), Beijing Distinguished Young Scientist Program (BJJWZYJH01201914430039), Guangdong Provincial Key Area Research and Development Program (2019B010934001), Chinese Academy of Sciences Strategic Pilot Program, Grant Academy of Sciences of China XDB033, Núm. Pla frontera de recerca científica clau (QYZDB-SSW-JSC019).JC agraeix a la Fundació de Ciències Naturals de Beijing de la Xina (JQ22001) pel seu suport.LW agraeix a l'Associació per a la Promoció de la Innovació Juvenil de l'Acadèmia Xinesa de Ciències (2020009) el seu suport.Part del treball es va dur a terme al dispositiu estable de camp magnètic fort del Laboratori d'Alt Camp Magnètic de l'Acadèmia Xinesa de Ciències amb el suport del Laboratori d'Alt Camp Magnètic de la Província d'Anhui.Els recursos informàtics els proporcionen la plataforma de supercomputació de la Universitat de Pequín, el centre de supercomputació de Xangai i el superordinador Tianhe-1A.
Els usuaris de l'empresa són Huifeng Tian, ​​​​Yinhang Ma, Zhenjiang Li, Mouyang Cheng, Shoucong Ning.
Huifeng Tian, ​​​​​Zhenjian Li, Juijie Li, PeiChi Liao, Shulei Yu, Shizhuo Liu, Yifei Li, Xinyu Huang, Zhixin Yao, Li Lin, Xiaoxui Zhao, Ting Lei, Yanfeng Zhang, Yanlong Hou i Lei Liu
Escola de Física, Laboratori de Claus de Física al Buit, Universitat de l'Acadèmia Xinesa de Ciències, Pequín, Xina
Departament de Ciència i Enginyeria de Materials, Universitat Nacional de Singapur, Singapur, Singapur
Laboratori Nacional de Ciències Moleculars de Pequín, Escola de Química i Enginyeria Molecular, Universitat de Pequín, Pequín, Xina
Laboratori Nacional de Física de la Matèria Condensada de Pequín, Institut de Física, Acadèmia Xinesa de Ciències, Pequín, Xina