探测ç ₈₄ - 嵌入式硅衬底利用扫描探针显微镜和分子动力学

本研究的目的是制造 C84 嵌入的硅衬底异质结并进行后续分析，以全面了解所得材料的电子、光电、机械、磁性和场发射特性。我在 forcator 中的纳米材料是材料革命的一个范围趋势。在细探针显微镜的帮助下，我们将能够以足够和分辨率识别表面上纳米结构的特征。

使用分子动力学模拟，我们可以监测压痕过程的类型、依赖性、原子和机械行为。所有模拟都是在 NCHC 的超集群 ALPS 中通过并行计算进行的，所有实验工作都在 NCHU 的纳米科学实验室完成。演示这些程序的人将是我小组的 Che-Fu、Pei-Fang、Ya-Chi 和 Wei-Pin。

首先，对硅 111 衬底进行清洁，包括使用溶剂，然后在超高真空系统中加热，以去除衬底表面的氧化层和杂质。对于硅表面的 C84 沉积，通过将细丝加热到 500 摄氏度，将带有外部电源的 Castle 蒸发器预热，以促进杂质的脱气。接下来，将 C84 纳米颗粒加载到 Castle 容器中。

然后，电阻式地将 Castle 加热到 650 摄氏度以蒸发 C84 纳米颗粒。现在，将 C84 纳米颗粒沿直线蒸发，直到它们在低于 5 乘 10 至负 8 帕斯卡的压力下通过受控阀门撞击硅衬底。然后，在 ALBA 硅 111 中在 900 摄氏度的超高真空系统中沉淀，以获得逐一的结构。

将温度降至 650 摄氏度 30 分钟，以使 C84 纳米颗粒沉积在衬底表面。在 ALBA 硅衬底中，在大约 750 摄氏度的温度下放置 12 小时，在此期间，粉末状 C84 纳米颗粒在硅 111 衬底表面自组装成高度均匀的富勒烯射线。此时，将 C84 嵌入的硅衬底放在扫描探针显微镜或 SPM 样品架上。

将样品从交换室转移到样品制备室。将支架引入 UHV-STM 扫描头系统，并将样品转移到观察室。然后，将施加的样品偏压从负 5 伏扫描到 5 伏。

接下来，单击 IV 测量项以测量原子分辨率下的隧穿电流眼。在 C84 嵌入式硅衬底上选择至少 20 个特定位置进行测量。为了测量带隙能量，从文本协议中指示的表面获得如前所述的 IV 曲线。

然后，将 C84 嵌入式硅衬底放在场发射 （FE） 样品架上。将支架插入 FE 分析室。然后，将腔室抽真空至大约 5 乘以 10 至负 5 帕斯卡的压力，以进行 FE 测量。

手动将施加在基板上的电压从 100 增加到 1， 100 伏。使用带有电流放大器的高压源测量单元测量相应的场发射电流，使其与施加的电压呈函数关系。现在，将测试基板放置在发射光测量系统的样品室中央。

然后，聚焦发射为 325 纳米的氦镉激光源。设置光谱仪后，通过收集和分析发射光子来获取光致发光光谱。在磁力谱或 MFM 测量之前，通过施加场强约为 2 千克的磁体，磁化 C84 嵌入的硅衬底的样品。

将磁化样品放在 MFM 样品台上后，使用 MFM 在提升模式下观察嵌入硅衬底内的磁域中富勒烯的微观结构，并施加垂直于样品表面的磁化。在此之后，在 SQUID 实验之前，通过施加场强约为 84 千克的磁体，在 C84 嵌入的硅衬底上磁化 C84 嵌入的硅衬底和 C2 簇的样品。将磁化的样品放入 SQUID 中。

然后，施加大约 2 千克的扫频磁场。获得室温下 SQUID 测量中与外部磁场的关系图的磁化环。要测量 C84 嵌入的硅衬底的刚度，首先将其中一个衬底放在 AFM 或原子显微镜样品台上。

接下来，在大气条件下从适当的硅衬底获得力测量值。如前所述，使用 AFM 和 UHV 系统从适当的硅衬底获得力测量值。要准备硅衬底，请打开 OSSD 软件。

单击 搜索 按钮以显示搜索条件面板。选择硅衬底、元素类型、重构结构、半导体电子、金刚石晶格、111 面和 7 x 7 图案。然后单击 search 和 accept 按钮以显示结构列表面板。

单击所需的结构硅 111 7 x 7 表面。现在，单击 file 按钮并将协调文件另存为 xyz 文件。接下来，打开 Ovito 软件，将 xyz 文件加载到软件中，并使用 slice 命令捕获硅 111 的超级单元，具有适当大小，26.878 x 46.554 埃的平方在 X 和 Y 方向上。

使用模拟单元命令调整 X 和 Y 方向的单元大小，并将单元移动到零的原点。使用仿射变换并单击 transform matrix 将模型沿法线方向移动 5.714 埃。使用 slice 命令沿法线方向切割最底部的原子层。

以 LAMMPS 格式导出数据文件。使用 LAMMPS 数据文件格式，将定义单元边界。将 LAMMPS 格式的数据重新加载到 Ovito 中。

使用 wrap at periodic boundaries 命令重新排列单元内的结构。使用仿射变换并单击 transform matrix，将模型沿法线方向移动 84.6 埃。使用模拟单元命令将单元大小沿 Z 方向调整 150 埃。

以 LAMMPS 格式导出数据文件。将数据重新加载到 Ovito 中。使用显示周期性图像在 X 和 Y 方向上复制 5 x 3 超级单元，以放大基板的尺寸。

以 LAMMPS 格式导出数据文件。准备适当大小的硅 111 超级单元的协调文件后，将数据加载到 Ovito 中。使用显示周期性图像在 X、Y 和 Z 方向上复制 5 x 3 x 8 的超级单元，以放大基板的尺寸。

使用仿射变换并选择变换矩阵，将模型移动到 Z 方向 37.6184 埃的原点。以 LAMMPS 格式导出数据文件。使用文本编辑器将硅 111 7 x 7 表面和硅 111 衬底模型的数据文件组合在一起。

硅 111 7 x 7 衬底模型已准备就绪。要制备 C84 富勒烯单层，请从网上下载 C84 富勒烯的配位文件。使用自制程序复制排列在蜂窝结构中的 7 x 7 C84 富勒烯。

接下来，使用自制程序将 C84 单层铺设在硅 111 7 x 7 表面上，距离为 3 埃。使用 load data 命令在 LAMMPS 脚本中加载仿真模型。然后，设置区域并创建 atom 命令以创建 5 纳米球形探针。

最后，准备一个用于压痕模拟的 LAMMPS 输入脚本，并计算详细的机械属性。使用受控的自组装工艺在无序的硅 111 表面上制造了单层 C84 分子，此处显示了由 UHV-STM 测量的一系列具有不同覆盖度的地形图像。使用 STM 和光致发光分析技术研究了 C84 嵌入的硅衬底的电子和光学特性。

样品的出色材料特性证明了纳米技术如何用于原子和纳米尺度的物质控制。MFM 和 SQUID 结果显示了 C84 嵌入的衬底的表面磁性。UHV-AFM 结果表明，C84 嵌入式硅衬底具有在高温、高功率、高频应用的纳米电子器件中作为半导体碳化物替代品的潜力。

以及磁和微机电系统。这里显示了 C84 包埋衬底纳米压痕的分子动力学模拟过程。富勒烯包埋衬底的机械性能如图所示。

可以在此处看到作为缩进深度函数的相应快照。压痕力与压痕深度的函数关系的结果用于计算 C84 单层的硬度、降低模量和膨胀刚度。现在人们普遍认为，由于化学、物理和机械性能的层单元，纳米材料将带来科学和技术的适用发展。

只需一层富勒烯，硅衬底的性能就可以发生巨大变化。在我们的研究中，富勒烯嵌入硅衬底具有波浪边缘、良好的燃料排放性能和高强度，并且也是富勒烯的磁性。我相信我们提出的衬底将在纳米技术的广泛应用中具有更好的性能。

观看此视频后，您应该对如何进行表面磁性实验和模拟有很好的了解。这些综合技术的演示将为研究人员探索材料的基本特性铺平道路。