Terima kasih telah mengunjungi Nature.com.Anda menggunakan versi browser dengan dukungan CSS terbatas.Untuk pengalaman terbaik, kami menyarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau menonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer).Selain itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Korelasi konfigurasi atom, khususnya derajat ketidakteraturan (DOD) padatan amorf dengan sifat-sifatnya, merupakan bidang minat penting dalam ilmu material dan fisika benda terkondensasi karena sulitnya menentukan posisi pasti atom dalam tiga dimensi. struktur1,2,3,4., Sebuah misteri lama, 5. Untuk tujuan ini, sistem 2D memberikan wawasan tentang misteri tersebut dengan memungkinkan semua atom ditampilkan secara langsung 6,7.Pencitraan langsung dari lapisan karbon tunggal amorf (AMC) yang ditumbuhkan melalui deposisi laser memecahkan masalah konfigurasi atom, mendukung pandangan modern tentang kristalit dalam padatan kaca berdasarkan teori jaringan acak8.Namun, hubungan sebab akibat antara struktur skala atom dan sifat makroskopis masih belum jelas.Di sini kami melaporkan penyetelan DOD dan konduktivitas yang mudah dalam film tipis AMC dengan mengubah suhu pertumbuhan.Secara khusus, suhu ambang pirolisis adalah kunci untuk menumbuhkan AMC konduktif dengan rentang lompatan orde menengah (MRO) yang bervariasi, sementara menaikkan suhu sebesar 25°C menyebabkan AMC kehilangan MRO dan menjadi isolasi listrik, sehingga meningkatkan ketahanan lembaran. materi sebanyak 109 kali.Selain memvisualisasikan nanokristalit yang sangat terdistorsi yang tertanam dalam jaringan acak berkelanjutan, mikroskop elektron resolusi atom mengungkapkan ada/tidaknya MRO dan kepadatan nanokristalit yang bergantung pada suhu, dua parameter urutan yang diusulkan untuk deskripsi komprehensif DOD.Perhitungan numerik menetapkan peta konduktivitas sebagai fungsi dari dua parameter ini, yang secara langsung menghubungkan struktur mikro dengan sifat listrik.Pekerjaan kami mewakili langkah penting menuju pemahaman hubungan antara struktur dan sifat bahan amorf pada tingkat dasar dan membuka jalan bagi perangkat elektronik yang menggunakan bahan amorf dua dimensi.
Semua data relevan yang dihasilkan dan/atau dianalisis dalam penelitian ini tersedia dari masing-masing penulis berdasarkan permintaan yang masuk akal.
Kode tersedia di GitHub (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
Sheng, HW, Luo, VK, Alamgir, FM, Bai, JM dan Ma, E. Pengepakan atom dan pesanan pendek dan menengah dalam gelas metalik.Alam 439, 419–425 (2006).
Greer, AL, dalam Metalurgi Fisika, edisi ke-5.(eds. Laughlin, DE dan Hono, K.) 305–385 (Elsevier, 2014).
Ju, WJ dkk.Penerapan lapisan karbon monolayer pengerasan terus menerus.ilmu.Diperpanjang 3, e1601821 (2017).
Toh, KT dkk.Sintesis dan sifat lapisan tunggal karbon amorf yang mandiri.Alam 577, 199–203 (2020).
Schorr, S. & Weidenthaler, K. (eds.) Kristalografi dalam Ilmu Material: Dari Hubungan Struktur-Properti hingga Rekayasa (De Gruyter, 2021).
Yang, Y. dkk.Tentukan struktur atom tiga dimensi padatan amorf.Alam 592, 60–64 (2021).
Kotakoski J., Krasheninnikov AV, Kaiser W. dan Meyer JK Dari cacat titik pada graphene hingga karbon amorf dua dimensi.fisika.Pendeta Wright.106, 105505 (2011).
Eder FR, Kotakoski J., Kaiser W., dan Meyer JK Jalur dari keteraturan menuju ketidakteraturan—atom demi atom dari graphene ke kaca karbon 2D.ilmu.Rumah 4, 4060 (2014).
Huang, P.Yu.dkk.Visualisasi penataan ulang atom dalam kaca silika 2D: saksikan tarian silika gel.Sains 342, 224–227 (2013).
Lee H.dkk.Sintesis film graphene area luas berkualitas tinggi dan seragam pada foil tembaga.Sains 324, 1312–1314 (2009).
Reina, A. dkk.Buat film graphene lapisan rendah dan area luas pada substrat sembarang dengan deposisi uap kimia.nanolet.9, 30–35 (2009).
Nandamuri G., Rumimov S. dan Solanki R. Deposisi uap kimia dari film tipis graphene.Nanoteknologi 21, 145604 (2010).
Kai, J.dkk.Pembuatan pita nano graphene dengan meningkatkan presisi atom.Alam 466, 470–473 (2010).
Kolmer M.dkk.Sintesis rasional pita nano graphene dengan presisi atom langsung pada permukaan oksida logam.Sains 369, 571–575 (2020).
Yaziev OV Pedoman untuk menghitung sifat elektronik pita nano graphene.kimia penyimpanan.tangki penyimpanan.46, 2319–2328 (2013).
Jang, J. dkk.Pertumbuhan suhu rendah film graphene padat dari benzena oleh deposisi uap kimia tekanan atmosfer.ilmu.Rumah 5, 17955 (2015).
Choi, JH dkk.Penurunan signifikan suhu pertumbuhan graphene pada tembaga karena peningkatan gaya dispersi London.ilmu.Rumah 3, 1925 (2013).
Wu, T. dkk.Film Grafena Berkelanjutan Disintesis pada Suhu Rendah dengan Memperkenalkan Halogen sebagai Benih Benih.Skala nano 5, 5456–5461 (2013).
Zhang, PF dkk.Perilena B2N2 awal dengan orientasi BN berbeda.Angie.Bahan kimia.edisi internal.60, 23313–23319 (2021).
Malar, LM, Pimenta, MA, Dresselhaus, G. dan Dresselhaus, MS Raman spektroskopi dalam graphene.fisika.Perwakilan 473, 51–87 (2009).
Egami, T. & Billinge, SJ Di Bawah Puncak Bragg: Analisis Struktural Bahan Kompleks (Elsevier, 2003)。
Xu, Z. dkk.TEM in situ menunjukkan konduktivitas listrik, sifat kimia, dan perubahan ikatan dari graphene oksida menjadi graphene.ACS Nano 5, 4401–4406 (2011).
Wang, WH, Dong, C. & Shek, CH Gelas logam volumetrik.Alma mater.ilmu.proyek.R Rep.44, 45–89 (2004).
Proses Elektronik Mott NF dan Davis EA dalam Bahan Amorf (Oxford University Press, 2012).
Kaiser AB, Gomez-Navarro C., Sundaram RS, Burghard M. dan Kern K. Mekanisme konduksi dalam lapisan tunggal graphene yang diturunkan secara kimia.nanolet.9 Agustus 1787–1792 (2009).
Ambegaokar V., Galperin BI, Langer JS Konduksi hopping dalam sistem yang tidak teratur.fisika.Ed.B 4, 2612–2620 (1971).
Kapko V., Drabold DA, Thorp MF Struktur elektronik model realistis graphene amorf.fisika.Solidi Negara B 247, 1197–1200 (2010).
Thapa, R., Ugwumadu, C., Nepal, K., Trembly, J. & Drabold, DA Ab initio pemodelan grafit amorf.fisika.Pendeta Wright.128, 236402 (2022).
Mott, Konduktivitas pada Bahan Amorf NF.3. Keadaan terlokalisasi di celah semu dan dekat ujung pita konduksi dan valensi.filsuf.mag.19, 835–852 (1969).
Tuan DV dkk.Sifat isolasi film graphene amorf.fisika.Revisi B 86, 121408(kanan) (2012).
Lee, Y., Inam, F., Kumar, A., Thorp, MF dan Drabold, DA Lipatan Pentagonal dalam lembaran graphene amorf.fisika.Solidi Negara B 248, 2082–2086 (2011).
Liu, L. dkk.Pertumbuhan heteroepitaksial boron nitrida heksagonal dua dimensi yang berpola dengan rusuk graphene.Sains 343, 163–167 (2014).
Imada I., Fujimori A. dan Tokura Y. Transisi isolator logam.Mod Imam.fisika.70, 1039–1263 (1998).
Siegrist T. dkk.Lokalisasi kelainan pada bahan kristal dengan transisi fasa.Almamater nasional.10, 202–208 (2011).
Krivanek, OL dkk.Analisis struktur dan kimia atom demi atom menggunakan mikroskop elektron cincin dalam medan gelap.Alam 464, 571–574 (2010).
Kress, G. dan Furtmüller, J. Skema iteratif yang efisien untuk penghitungan energi total ab initio menggunakan kumpulan basis gelombang bidang.fisika.Ed.B 54, 11169–11186 (1996).
Kress, G. dan Joubert, D. Dari pseudopotensial ultrasoft hingga metode gelombang dengan amplifikasi proyektor.fisika.Ed.B 59, 1758–1775 (1999).
Perdue, JP, Burke, C., dan Ernzerhof, M. Perkiraan gradien umum menjadi lebih sederhana.fisika.Pendeta Wright.77, 3865–3868 (1996).
Grimme S., Anthony J., Erlich S., dan Krieg H. Parameterisasi awal yang konsisten dan akurat dari koreksi varians fungsional kepadatan (DFT-D) dari 94 elemen H-Pu.J.Kimia.fisika.132, 154104 (2010).
Pekerjaan ini didukung oleh National Key R&D Program of China (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), National Natural Science Foundation of China (U1932153, 51872285, 11974 001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Beijing (2192022, Z190011), Program Ilmuwan Muda Terhormat Beijing (BJJWZYJH01201914430039), Program Penelitian dan Pengembangan Area Utama Provinsi Guangdong (2019B010934001), Program Percontohan Strategis Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, Hibah No. XDB33000000, dan Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok Rencana Perbatasan Penelitian Ilmiah Utama (QYZDB-SSW-JSC019).JC berterima kasih kepada Beijing Natural Science Foundation of China (JQ22001) atas dukungan mereka.LW berterima kasih kepada Asosiasi untuk Mempromosikan Inovasi Pemuda dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (2020009) atas dukungan mereka.Sebagian pekerjaan dilakukan pada perangkat medan magnet kuat yang stabil di Laboratorium Medan Magnet Tinggi Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok dengan dukungan Laboratorium Medan Magnet Tinggi Provinsi Anhui.Sumber daya komputasi disediakan oleh platform superkomputer Universitas Peking, pusat superkomputer Shanghai, dan superkomputer Tianhe-1A.
Pemain terpilih lainnya: 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 dan Lei Liu
Sekolah Fisika, Laboratorium Kunci Fisika Vakum, Universitas Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, Beijing, Tiongkok
Departemen Ilmu dan Teknik Material, Universitas Nasional Singapura, Singapura, Singapura
Laboratorium Ilmu Molekuler Nasional Beijing, Sekolah Kimia dan Teknik Molekuler, Universitas Peking, Beijing, Cina
Laboratorium Nasional Beijing untuk Fisika Benda Terkondensasi, Institut Fisika, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, Beijing, Tiongkok