Sondeo de C

El objetivo de este estudio es la fabricación de una heterounión de sustrato de silicio con C84 incrustado y el análisis posterior para obtener una comprensión integral de las propiedades electrónicas, optoelectrónicas, mecánicas, magnéticas y de emisión de campo de los materiales resultantes. Los nanomateriales que tengo en el forcator representan una tendencia creciente en una revolución de materiales. Con la ayuda de un microscopio de sonda fina, podremos identificar las características de las nanoestructuras en las superficies con suficiente resolución.

Mediante la simulación de dinámica molecular, podemos monitorear el tipo, dependencia, comportamiento atómico y mecánico del proceso de indentación. Todas las simulaciones se realizaron mediante computación paralela en un superclúster ALPS del NCHC, y todo el trabajo experimental se llevó a cabo en el laboratorio de nanociencia de la NCHU. Las personas que demostraron los procedimientos serán Che-Fu, Pei-Fang, Ya-Chi y Wei-Pin de mi grupo.

Primero, someta un sustrato de silicio 111 a una limpieza que implique la aplicación de un disolvente seguida de calentamiento en un sistema de vacío ultrabajo para eliminar la capa de óxido y las impurezas de la superficie del sustrato. Para la deposición de C84 sobre la superficie de silicio, precaliente un evaporador Castle con una fuente de alimentación externa mediante filamentos de calentamiento hasta 500 grados Celsius para favorecer la eliminación de gases residuales de impurezas. A continuación, cargue nanopartículas de C84 en un recipiente Castle.

Luego, caliente resistivamente el Castle a 650 grados Celsius para vaporizar las nanopartículas de C84. Ahora, evapore las nanopartículas de C84 en líneas rectas hasta que impacten el sustrato de silicio a través de una válvula controlada a una presión inferior a cinco veces 10 a la menos ocho pascal. A continuación, pretrate el sustrato de silicio ALBA 111 en un sistema de vacío ultravacio a 900 grados Celsius para obtener las estructuras uno por uno.

Reduzca la temperatura a 650 grados celsius durante 30 minutos para la deposición de las nanopartículas de C84 sobre la superficie del sustrato. En el sustrato de silicio ALBA, a aproximadamente 750 grados celsius durante 12 horas, tiempo durante el cual las nanopartículas en polvo de C84 se autoensamblan en un rayo de fullereno altamente uniforme sobre la superficie del sustrato de silicio 111. En este punto, coloque el sustrato de silicio con C84 incorporado en un soporte de muestra para microscopía de sonda de barrido, o SPM.

Transfiera la muestra desde la cámara de intercambio hasta una cámara de preparación de muestras. Introduzca el portador en un sistema de cabezal de exploración UHV-STM y transfiera la muestra a una cámara de observación. A continuación, varíe el voltaje aplicado a la muestra desde menos cinco hasta cinco voltios.

A continuación, haga clic en el elemento de medición IV para medir el patrón de corriente de túnel a resolución atómica. Elija al menos 20 ubicaciones específicas sobre el sustrato de silicio con C84 incrustado para realizar las mediciones. Para medir la energía de la banda prohibida, obtenga curvas IV como se describió anteriormente a partir de las superficies indicadas en el protocolo del texto.

A continuación, coloque el sustrato de silicio con C84 incrustado sobre un portamuestras de emisión de campo, o FE. Introduzca el portamuestras en la cámara de análisis de FE. Luego, evacúe la cámara hasta una presión de aproximadamente cinco veces 10 a la menos 5 pascal para la medición de FE.

Aumente manualmente el voltaje aplicado en el sustrato de 100 a 1.100 voltios. Mida la corriente de emisión de campo correspondiente en función del voltaje aplicado utilizando una unidad de medición de fuente de alto voltaje con un amplificador de corriente. A continuación, coloque el sustrato de prueba en el centro del compartimento de muestra de un sistema de medición de emisión óptica.

Luego, enfoque una fuente láser de helio-cadmio con emisiones de 325 nanómetros. Después de configurar el espectrómetro, adquiera el espectro de fotoluminiscencia recolectando y analizando los fotones emitidos. Magnetice muestras del sustrato de silicio con C84 incrustado antes de realizar espectroscopía de fuerza magnética, o mediciones de MFM, aplicando un imán con una intensidad de campo de aproximadamente 2 kilo oersted.

Después de colocar la muestra magnetizada en la platina de muestra de MFM, observe la microestructura del fulereno en el dominio magnético embebido dentro del sustrato de silicio utilizando MFM en modo de elevación con la aplicación de magnetización perpendicular a la superficie de la muestra. A continuación, magnetice muestras del sustrato de silicio embebido con C84 y agrupaciones de C84 sobre el sustrato de silicio embebido con C84 antes de los experimentos de SQUID aplicando un imán con una intensidad de campo de aproximadamente 2 kilo oersted. Coloque la muestra magnetizada en el SQUID.

Luego, aplique un campo magnético barrido en un rango de aproximadamente 2 kilo oersted. Obtenga los lazos de magnetización graficados frente al campo magnético externo en mediciones SQUID a temperatura ambiente. Para medir la rigidez del sustrato de silicio embebido con C84, primero coloque uno de los sustratos sobre la platina de muestra de un AFM, o microscopio atómico.

A continuación, obtenga mediciones de fuerza en condiciones atmosféricas a partir de los sustratos de silicio apropiados. Obtenga mediciones de fuerza como se describió previamente utilizando el microscopio de fuerza atómica (AFM) y un sistema de vacío ultraalto (UHV) a partir de los sustratos de silicio apropiados. Para preparar el sustrato de silicio, encienda el software OSSD.

Haga clic en el botón de búsqueda para mostrar el panel de criterios de búsqueda. Seleccione sustrato de silicio, tipo elemental, estructura reconstruida, semiconductor elec, red de diamante, cara 111 y patrón siete por siete. Luego, haga clic en los botones de búsqueda y aceptar para mostrar el panel de lista de estructuras.

Haga clic en la superficie deseada de la estructura de silicio 111 siete por siete. A continuación, haga clic en el botón archivo y guarde el archivo de coordenadas como un archivo xyz. Luego, encienda el software Ovito, cargue el archivo xyz en el software y utilice el comando de corte para capturar una súper celda de la estructura de superficie de silicio 111 siete por siete con el tamaño adecuado, 26.878 por 46.554 angstrom cuadrados en las direcciones X e Y.

Utilice el comando de celda de simulación para ajustar el tamaño de la celda en las direcciones X e Y y desplace la celda al punto de origen cero. Utilice la transformación afín y haga clic en matriz de transformación para desplazar el modelo 5.714 angstroms en la dirección normal. Utilice el comando de corte para eliminar la capa de átomos más baja en la dirección normal.

Exporte el archivo de datos con el formato de LAMMPS. Con el formato de archivo de datos de LAMMPS, se definirá el límite de la celda. Vuelva a cargar los datos con el formato de LAMMPS en Ovito.

Utilice el comando ajustar en los límites periódicos para reorganizar la estructura dentro de la celda. Utilice la transformación afín y haga clic en matriz de transformación para desplazar el modelo 84.6 angstroms en la dirección normal. Utilice el comando celda de simulación para ajustar el tamaño de la celda a 150 angstroms en la dirección Z.

Exporte el archivo de datos con el formato de LAMMPS. Vuelva a cargar los datos en Ovito. Utilice mostrar imágenes periódicas para duplicar una supercelda de cinco por tres en las direcciones X e Y, con el fin de aumentar el tamaño del sustrato.

Exporte el archivo de datos con el formato de LAMMPS. Después de preparar un archivo de coordinación de la supercelda de silicio 111 con el tamaño adecuado, cargue los datos en Ovito. Utilice mostrar imágenes periódicas para duplicar una supercelda de cinco por tres por ocho en las direcciones X, Y y Z con el fin de aumentar el tamaño del sustrato.

Utilice una transformación afín y seleccione la matriz de transformación para desplazar el modelo al punto de origen en la dirección Z en 37,6184 angstroms. Exporte el archivo de datos en el formato LAMMPS. Combine los archivos de datos de la superficie de silicio 111 siete por siete y los modelos del sustrato de silicio 111 utilizando un editor de texto.

El modelo de sustrato de silicio 111 siete por siete está listo. Para preparar la monocapa de fullereno C84, descargue el archivo de coordenadas del fullereno C84 desde la web. Utilice un programa casero para duplicar siete por siete fullerenos C84 dispuestos en una estructura tipo panal.

A continuación, utilice un programa casero para colocar la monocapa de C84 sobre la superficie de silicio 111 siete por siete con una distancia de tres angstroms. Utilice el comando load data para cargar el modelo de simulación en el script de LAMMPS. Luego, configure la región y utilice los comandos create atom para crear una sonda esférica de cinco nanómetros.

Finalmente, prepare un script de entrada para LAMMPS destinado a la simulación de indentación y calcule las propiedades mecánicas detalladas. Se fabricó una monocapa de moléculas de C84 sobre una superficie desordenada de silicio 111 utilizando un proceso controlado de autoensamblaje, y aquí se muestran una serie de imágenes topográficas medidas mediante STM en condiciones de ultra alto vacío (UHV-STM) con diversos grados de cobertura. Las propiedades electrónicas y ópticas del sustrato de silicio con C84 incrustado se investigaron mediante técnicas de análisis de microscopía de efecto túnel (STM) y espectroscopía de fotoluminiscencia.

Las excelentes propiedades materiales de las muestras demuestran cómo la nanotecnología puede utilizarse para el control de la materia a escalas atómicas y nanométricas. Los resultados de MFM y SQUID muestran el magnetismo superficial del sustrato con C84 incrustado. Los resultados de UHV-AFM demuestran el potencial del sustrato de silicio con C84 incrustado como alternativa al carburo semiconductor en dispositivos nanoelectrónicos para aplicaciones de alta temperatura, alta potencia y alta frecuencia.

Así como en sistemas magnéticos y microelectromecánicos. Aquí se muestra el proceso de simulación dinámica molecular sobre la nanoindentación del sustrato con C84 incrustado. Aquí se muestran las propiedades mecánicas del sustrato con fullereno incrustado.

Los instantáneas correspondientes en función de la profundidad de indentación pueden observarse aquí. Los resultados de la fuerza de indentación en función de la profundidad de indentación se utilizan para calcular la dureza, el módulo reducido y la rigidez por hinchamiento de la monocapa C84. Actualmente, es una percepción común que un nanomaterial impulsará un desarrollo aplicable en la ciencia y la tecnología debido a la unidad estratificada de las propiedades químicas, físicas y mecánicas.

Con solo una monocapa de fullereno, las propiedades del sustrato de silicio pueden cambiar drásticamente. En nuestro estudio, el sustrato de silicio con fullereno incorporado presenta un borde ondulado, buenas propiedades de emisión de combustible y una alta resistencia, y además el fullereno es magnético. Considero que nuestros sustratos propuestos tendrán un mejor desempeño y una aplicación más amplia en nanotecnología.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo realizar experimentos y simulaciones para el magnetismo superficial. La demostración de estas técnicas integrales allanará el camino para que los investigadores exploren las propiedades fundamentales de los materiales.