Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com.Bạn đang sử dụng phiên bản trình duyệt có hỗ trợ CSS hạn chế.Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt đã cập nhật (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer).Ngoài ra, để đảm bảo được hỗ trợ liên tục, chúng tôi hiển thị trang web không có kiểu và JavaScript.
Mối tương quan giữa cấu hình nguyên tử, đặc biệt là mức độ rối loạn (DOD) của chất rắn vô định hình với các tính chất, là một lĩnh vực quan trọng được quan tâm trong khoa học vật liệu và vật lý vật chất ngưng tụ do khó xác định chính xác vị trí của các nguyên tử trong không gian ba chiều. cấu trúc1,2,3,4., Một bí ẩn cũ, 5. Để đạt được mục đích này, hệ thống 2D cung cấp cái nhìn sâu sắc về bí ẩn bằng cách cho phép tất cả các nguyên tử được hiển thị trực tiếp 6,7.Hình ảnh trực tiếp của một lớp carbon đơn vô định hình (AMC) được tạo ra bằng phương pháp lắng đọng laser giải quyết được vấn đề về cấu hình nguyên tử, hỗ trợ quan điểm hiện đại về tinh thể trong chất rắn thủy tinh dựa trên lý thuyết mạng ngẫu nhiên8.Tuy nhiên, mối quan hệ nhân quả giữa cấu trúc quy mô nguyên tử và tính chất vĩ mô vẫn chưa rõ ràng.Ở đây chúng tôi báo cáo việc điều chỉnh dễ dàng DOD và độ dẫn điện trong màng mỏng AMC bằng cách thay đổi nhiệt độ tăng trưởng.Đặc biệt, nhiệt độ ngưỡng nhiệt phân là chìa khóa để phát triển các AMC dẫn điện với phạm vi bước nhảy trung bình (MRO) thay đổi, trong khi việc tăng nhiệt độ lên 25°C sẽ khiến AMC mất MRO và trở nên cách điện, làm tăng điện trở của tấm. tài liệu trong 109 lần.Ngoài việc hiển thị các tinh thể nano bị biến dạng cao được nhúng trong các mạng ngẫu nhiên liên tục, kính hiển vi điện tử có độ phân giải nguyên tử cho thấy sự hiện diện/vắng mặt của MRO và mật độ tinh thể nano phụ thuộc vào nhiệt độ, hai thông số thứ tự được đề xuất để mô tả toàn diện về DOD.Các tính toán bằng số đã thiết lập bản đồ độ dẫn điện như một hàm của hai tham số này, liên hệ trực tiếp giữa cấu trúc vi mô với các đặc tính điện.Công việc của chúng tôi thể hiện một bước quan trọng nhằm tìm hiểu mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất của vật liệu vô định hình ở cấp độ cơ bản và mở đường cho các thiết bị điện tử sử dụng vật liệu vô định hình hai chiều.
Tất cả dữ liệu liên quan được tạo ra và/hoặc phân tích trong nghiên cứu này đều có sẵn từ các tác giả tương ứng theo yêu cầu hợp lý.
Mã có sẵn trên GitHub (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM và Ma, E. Đóng gói nguyên tử và đơn hàng ngắn và trung bình trong kính kim loại.Thiên nhiên 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, trong Luyện kim Vật lý, tái bản lần thứ 5.(eds. Laughlin, DE và Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ và cộng sự.Thực hiện đơn lớp carbon cứng liên tục.khoa học.Mở rộng 3, e1601821 (2017).
Toh, KT và cộng sự.Tổng hợp và tính chất của lớp đơn cacbon vô định hình tự hỗ trợ.Thiên nhiên 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (eds.) Tinh thể học trong khoa học vật liệu: Từ mối quan hệ cấu trúc-thuộc tính đến kỹ thuật (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. và cộng sự.Xác định cấu trúc nguyên tử ba chiều của chất rắn vô định hình.Thiên nhiên 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. và Meyer JK Từ khuyết điểm ở graphene đến carbon vô định hình hai chiều.vật lý.Mục sư Wright.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W. và Meyer JK Con đường từ trật tự đến rối loạn—từng nguyên tử một từ graphene đến thủy tinh carbon 2D.khoa học.Nhà 4, 4060 (2014).
Hoàng, P.Yu.et al.Hình dung sự sắp xếp lại nguyên tử trong thủy tinh silica 2D: xem điệu nhảy silica gel.Khoa học 342, 224–227 (2013).
Lee H. và cộng sự.Tổng hợp màng graphene diện rộng đồng đều, chất lượng cao trên lá đồng.Khoa học 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. và cộng sự.Tạo màng graphene lớp thấp, diện tích lớn trên các chất nền tùy ý bằng cách lắng đọng hơi hóa học.Nanolet.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. và Solanki R. Sự lắng đọng hơi hóa học của màng mỏng graphene.Công nghệ nano 21, 145604 (2010).
Kai, J. và cộng sự.Chế tạo các dải nano graphene bằng độ chính xác nguyên tử tăng dầnThiên nhiên 466, 470–473 (2010).
Kolmer M. và cộng sự.Tổng hợp hợp lý các dải nano graphene có độ chính xác nguyên tử trực tiếp trên bề mặt oxit kim loại.Khoa học 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Hướng dẫn tính toán các tính chất điện tử của dải nano graphene.hóa học lưu trữ.bể chứa.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. và cộng sự.Sự tăng trưởng nhiệt độ thấp của màng graphene rắn từ benzen bằng cách lắng đọng hơi hóa học ở áp suất khí quyển.khoa học.Nhà 5, 17955 (2015).
Choi, JH và cộng sự.Giảm đáng kể nhiệt độ tăng trưởng của graphene trên đồng do lực phân tán London tăng cường.khoa học.Nhà 3, 1925 (2013).
Wu, T. và cộng sự.Màng graphene liên tục được tổng hợp ở nhiệt độ thấp bằng cách đưa halogen vào làm hạt giống của hạt giống.Kích thước nano 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF và cộng sự.B2N2-perylene ban đầu với các hướng BN khác nhau.Angie.Hóa chất.Ed nội bộ.60, 23313–23319 (2021).
Quang phổ Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. và Dresselhaus, MS Raman trong graphene.vật lý.Đại diện 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Bên dưới đỉnh Bragg: Phân tích cấu trúc của vật liệu phức tạp (Elsevier, 2003)。
Xu, Z. và cộng sự.TEM tại chỗ cho thấy độ dẫn điện, tính chất hóa học và sự thay đổi liên kết từ oxit graphene sang graphene.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Kính kim loại thể tích.trường cũ.khoa học.dự án.R Dân biểu 44, 45–89 (2004).
Quy trình điện tử của Mott NF và Davis EA trong vật liệu vô định hình (Nhà xuất bản Đại học Oxford, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. và Kern K. Cơ chế dẫn điện trong các đơn lớp graphene dẫn xuất hóa học.Nanolet.9, 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Dẫn truyền nhảy vọt trong các hệ thống rối loạn.vật lý.Ed.B 4, 2612–2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Cấu trúc điện tử của mô hình thực tế của graphene vô định hình.vật lý.Bang Solidi B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Ab khởi đầu mô hình hóa than chì vô định hình.vật lý.Mục sư Wright.128, 236402 (2022).
Mott, Độ dẫn điện trong vật liệu vô định hình NF.3. Các trạng thái cục bộ trong khoảng giả và gần cuối dải dẫn và dải hóa trị.triết gia.tạp chí.19, 835–852 (1969).
Tuấn DV và cộng sự.Tính chất cách điện của màng graphene vô định hình.vật lý.Bản sửa đổi B 86, 121408(R) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF và Drabold, DA Các nếp gấp hình ngũ giác trong một tấm graphene vô định hình.vật lý.Bang Solidi B 248, 2082–2086 (2011).
Lưu, L. và cộng sự.Sự tăng trưởng dị vòng của boron nitrit lục giác hai chiều được tạo hoa văn bằng các gân graphene.Khoa học 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. và Tokura Y. Quá trình chuyển đổi chất cách điện bằng kim loại.Linh mục Mod.vật lý.70, 1039–1263 (1998).
Siegrist T. và cộng sự.Định vị sự rối loạn trong vật liệu tinh thể với sự chuyển pha.Trường cũ quốc gia.10, 202–208 (2011).
Krivanek, CV và cộng sự.Phân tích cấu trúc và hóa học từng nguyên tử bằng kính hiển vi điện tử vòng trong trường tối.Thiên nhiên 464, 571–574 (2010).
Kress, G. và Furtmüller, J. Sơ đồ lặp hiệu quả để tính toán tổng năng lượng ban đầu bằng cách sử dụng các bộ cơ sở sóng phẳng.vật lý.Ed.B 54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. và Joubert, D. Từ giả thế siêu mềm đến phương pháp sóng với khuếch đại máy chiếu.vật lý.Ed.B 59, 1758–1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C. và Ernzerhof, M. Các phép tính gần đúng độ dốc tổng quát được thực hiện đơn giản hơn.vật lý.Mục sư Wright.77, 3865–3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S. và Krieg H. Tham số hóa ban đầu nhất quán và chính xác về hiệu chỉnh phương sai chức năng mật độ (DFT-D) của H-Pu 94 phần tử.J. Hóa học.vật lý.132, 154104 (2010).
Công trình này được hỗ trợ bởi Chương trình R&D trọng điểm quốc gia của Trung Quốc (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), Quỹ khoa học tự nhiên quốc gia Trung Quốc (U1932153, 51872285, 11974 001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Quỹ khoa học tự nhiên Bắc Kinh (2192022, Z190011), Chương trình nhà khoa học trẻ xuất sắc Bắc Kinh (BJJWZYJH01201914430039), Chương trình nghiên cứu và phát triển khu vực trọng điểm của tỉnh Quảng Đông (2019B010934001), Chương trình thí điểm chiến lược của Viện khoa học Trung Quốc, Số tài trợ XDB33000000 và Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc Kế hoạch biên giới nghiên cứu khoa học trọng điểm (QYZDB-SSW-JSC019).JC cảm ơn Quỹ khoa học tự nhiên Bắc Kinh của Trung Quốc (JQ22001) vì sự hỗ trợ của họ.LW cảm ơn Hiệp hội Thúc đẩy Đổi mới Thanh niên của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (2020009) vì sự hỗ trợ của họ.Một phần công việc được thực hiện trong thiết bị từ trường mạnh ổn định của Phòng thí nghiệm Từ trường Cao của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc với sự hỗ trợ của Phòng thí nghiệm Từ trường Cao tỉnh An Huy.Tài nguyên máy tính được cung cấp bởi nền tảng siêu máy tính của Đại học Bắc Kinh, trung tâm siêu máy tính Thượng Hải và siêu máy tính Tianhe-1A.
Người dẫn chương trình: 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 và Lei Liu
Trường Vật lý, Phòng thí nghiệm Trọng điểm Vật lý Chân không, Đại học Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Bắc Kinh, Trung Quốc
Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Đại học Quốc gia Singapore, Singapore, Singapore
Phòng thí nghiệm Khoa học Phân tử Quốc gia Bắc Kinh, Trường Hóa học và Kỹ thuật Phân tử, Đại học Bắc Kinh, Bắc Kinh, Trung Quốc
Phòng thí nghiệm Vật lý Chất ngưng tụ Quốc gia Bắc Kinh, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Bắc Kinh, Trung Quốc