Probing C ₈₄ -embedded Si Substrat Utiliser Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

L’objectif de cette étude est la fabrication d’une hétérojonction de substrat de silicium intégrée à C84 et l’analyse ultérieure pour obtenir une compréhension complète des propriétés électroniques, optoélectroniques, mécaniques, magnétiques et d’émission de champ des matériaux résultants. Les nanomatériaux que j’ai en formation sont une tendance variée d’une révolution matérielle. À l’aide d’un microscope à sonde mince, nous serons en mesure d’identifier les caractéristiques des nanostructures sur les surfaces avec une résolution suffisante.

À l’aide de la simulation dynamique moléculaire, nous pouvons surveiller le type, le comportement dépendant, atomique et mécanique du processus d’indentation. Toutes les simulations ont été effectuées avec le calcul parallèle dans un supercluster ALPS du NCHC et tout le travail expérimental a été effectué dans le laboratoire de nanosciences du NCHU. La personne qui a fait la démonstration des procédures sera Che-Fu, Pei-Fang, Ya-Chi et Wei-Pin de mon groupe.

Tout d’abord, soumettez un substrat de silicium 111 à un nettoyage impliquant l’application d’un solvant suivi d’un chauffage dans un système à ultravide pour éliminer la couche d’oxyde et les impuretés de la surface du substrat. Pour le dépôt en C84 sur la surface du silicium, préchauffez un évaporateur Castle avec une alimentation externe par des filaments chauffants à 500 degrés Celsius pour favoriser le dégazage des impuretés. Ensuite, chargez des nanoparticules de C84 dans un conteneur Castle.

Ensuite, chauffez résistivement le château à 650 degrés Celsius pour vaporiser les nanoparticules de C84. Maintenant, évaporez les nanoparticules de C84 en lignes droites jusqu’à ce qu’elles frappent le substrat de silicium à travers une valve contrôlée à une pression inférieure à cinq fois 10 à moins huit pascals. Ensuite, pré-injectez le silicium ALBA 111 dans un système de vide ultrapoussé à 900 degrés Celsius pour obtenir les structures une par une.

Réduire la température à 650 degrés Celsius pendant 30 minutes pour le dépôt des nanoparticules C84 à la surface du substrat. Dans le substrat de silicium ALBA à environ 750 degrés Celsius pendant 12 heures, période pendant laquelle les nanoparticules de C84 en poudre s’assemblent en un rayon de fullerène très uniforme à la surface du substrat de silicium 111. À ce stade, placez le substrat de silicium intégré au C84 sur un porte-échantillon de microscopie à sonde à balayage, ou SPM.

Transférez l’échantillon de la chambre d’échange vers une chambre de préparation d’échantillons. Introduisez le support dans un système de tête de balayage UHV-STM et transférez l’échantillon dans une chambre d’observation. Ensuite, balayez le biais d’échantillonnage appliqué de moins cinq à cinq volts.

Ensuite, cliquez sur l’élément de mesure IV pour mesurer l’œil de courant à effet tunnel à résolution atomique. Choisissez au moins 20 emplacements particuliers sur le substrat de silicium intégré au C84 pour les mesures. Pour mesurer l’énergie de la bande interdite, obtenir les courbes IV décrites précédemment à partir des surfaces indiquées dans le protocole de texte.

Ensuite, placez le substrat de silicium intégré au C84 sur un porte-échantillon à émission de champ, ou EF. Insérez le support dans la chambre d’analyse EF. Ensuite, évacuez la chambre à une pression d’environ cinq fois 10 à moins 5 pascals pour la mesure EF.

Augmentez la tension appliquée manuellement sur le substrat de 100 à 1, 100 volts. Mesurez le courant d’émission de champ correspondant en fonction de la tension appliquée à l’aide d’une unité de mesure de source haute tension avec un amplificateur de courant. Maintenant, placez le substrat de test au centre du compartiment d’échantillon d’un système de mesure d’émission optique.

Ensuite, focalisez une source laser d’hélium cadmium avec des émissions de 325 nanomètres. Après avoir configuré le spectromètre, acquérez le spectre de photoluminescence en collectant et en analysant les photons émetteurs. Magnétiser des échantillons du substrat de silicium intégré dans C84 avant les mesures de spectroscopie de force magnétique, ou MFM, en appliquant un aimant d’une intensité de champ d’environ 2 kilomètres.

Après avoir placé l’échantillon magnétisé sur la platine d’échantillonnage MFM, observez la microstructure du fullerène dans le domaine magnétique intégré dans le substrat de silicium à l’aide de MFM en mode lift, avec l’application d’une aimantation perpendiculaire à la surface de l’échantillon. Ensuite, magnétisez des échantillons du substrat de silicium intégré en C84 et des grappes de C84 sur le substrat de silicium intégré en C84 avant les expériences SQUID en appliquant un aimant d’une intensité de champ d’environ 2 kilomètres. Placez l’échantillon aimanté dans le SQUID.

Ensuite, appliquez un champ magnétique de balayage dans une portée d’environ 2 kilos. Obtenez les boucles de magnétisation tracées en fonction du champ magnétique externe dans les mesures SQUID à température ambiante. Pour mesurer la rigidité du substrat de silicium intégré au C84, placez d’abord l’un des substrats sur une platine d’échantillonnage AFM, ou microscope atomique.

Ensuite, obtenez des mesures de force dans des conditions atmosphériques à partir des substrats de silicium appropriés. Obtenir les mesures de force décrites précédemment à l’aide de l’AFM et d’un système UHV à partir des substrats de silicium appropriés. Pour préparer le substrat de silicium, allumez le logiciel OSSD.

Cliquez sur le bouton de recherche pour afficher le panneau des critères de recherche. Choisissez un substrat en silicium, un type élémentaire, une structure reconstruite, un électricien semi-conducteur, un réseau en diamant, une face 111 et un motif sept par sept. Cliquez ensuite sur les boutons de recherche et d’acceptation pour afficher le panneau de liste de structures.

Cliquez sur la structure de silicium 111 sept par sept de la surface souhaitée. Maintenant, cliquez sur le bouton Fichier et enregistrez le fichier de coordination en tant que fichier xyz. Ensuite, allumez le logiciel Ovito, chargez le fichier xyz dans le logiciel et utilisez la commande slice pour capturer une super cellule de la structure de surface de silicium 111 sept par sept avec la taille appropriée, 26,878 par 46,554 angström au carré dans les directions X et Y.

Utilisez la commande de cellule de simulation pour ajuster la taille de la cellule dans les directions X et Y et décaler la cellule jusqu’à son point d’origine zéro. Utilisez la transformation affine et cliquez sur la matrice de transformation pour décaler le modèle de 5,714 angströms dans la direction normale. Utilisez la commande slice pour couper la couche d’atome la plus basse dans la direction normale.

Exportez le fichier de données au format LAMMPS. Avec le format de fichier de données LAMMPS, la limite de la cellule sera définie. Rechargez les données avec le format LAMMPS dans l’Ovito.

Utilisez la commande d’habillage aux limites périodiques pour réorganiser la structure à l’intérieur de la cellule. Utilisez la transformation affine et cliquez sur la matrice de transformation pour décaler le modèle de 84,6 angströms dans la direction normale. Utilisez la commande de cellule de simulation pour ajuster la taille de la cellule de 150 angströms dans la direction Z.

Exportez le fichier de données au format LAMMPS. Rechargez les données dans l’Ovito. Utilisez des images périodiques pour dupliquer une super cellule de cinq par trois dans les directions X et Y afin d’agrandir la taille du substrat.

Exportez le fichier de données au format LAMMPS. Après avoir préparé un fichier de coordination de la super cellule de silicium 111 de la taille appropriée, chargez les données dans Ovito. Utilisez des images périodiques pour dupliquer une super cellule de cinq par trois par huit dans les directions X, Y et Z afin d’agrandir la taille du substrat.

Utilisez la transformation affine et sélectionnez la matrice de transformation pour déplacer le modèle vers le point d’origine dans la direction Z 37,6184 angströms. Exportez le fichier de données au format LAMMPS. Combinez les fichiers de données de la surface de silicium 111 sept par sept et des modèles de substrat de silicium 111 à l’aide d’un éditeur de texte.

Le modèle de substrat en silicium 111 sept par sept est prêt. Pour préparer le fullerène C84 monocouche, téléchargez le fichier de coordination du fullerène C84 sur le web. Utilisez un programme maison pour dupliquer sept fullerènes C84 sur sept disposés dans une structure en nid d’abeille.

Ensuite, utilisez un programme maison pour poser la monocouche C84 sur la surface de silicium 111 sept par sept avec une distance de trois angströms. Utilisez la commande load data pour charger le modèle de simulation dans le script LAMMPS. Ensuite, configurez la région et créez des commandes atomiques pour créer une sonde sphérique de cinq nanomètres.

Enfin, préparez un script d’entrée de LAMMPS pour la simulation d’indentation et calculez les propriétés mécaniques détaillées. Une monocouche de molécules de C84 sur une surface désordonnée de silicium 111 a été fabriquée à l’aide d’un processus d’auto-assemblage contrôlé et une série d’images topographiques mesurées par UHV-STM avec différents degrés de couverture sont présentées ici. Les propriétés électroniques et optiques du substrat de silicium intégré au C84 ont été étudiées à l’aide de techniques d’analyse STM et de photoluminescence.

Les excellentes propriétés des matériaux des échantillons démontrent comment la nanotechnologie peut être utilisée pour le contrôle de la matière à l’échelle atomique et nanométrique. Les résultats MFM et SQUID montrent le magnétisme de surface du substrat intégré en C84. Les résultats UHV-AFM démontrent le potentiel du substrat de silicium intégré au C84 comme alternative au carbure de semi-conducteur dans les dispositifs nanoélectroniques pour des applications à haute température, haute puissance et haute fréquence.

Ainsi que dans les systèmes magnétiques et microélectromécaniques. Le processus de simulation de dynamique moléculaire sur la nanoindentation d’un substrat intégré dans C84 est présenté ici. Les propriétés mécaniques du substrat nauséabond intégré au fullerène sont illustrées ici.

Les instantanés correspondants en fonction de la profondeur d’indentation peuvent être consultés ici. Les résultats de la force d’indentation en fonction de la profondeur d’indentation sont utilisés pour calculer la dureté, le module réduit et la rigidité au gonflement de la monocouche C84. On pense maintenant qu’un nanomatériau apportera un développement applicable dans la science et les technologies en raison de l’unité de couche des propriétés chimiques, physiques et mécaniques.

Avec une seule monocouche de fullerène, les propriétés du substrat de silicium peuvent être considérablement modifiées. Dans notre étude, le substrat de silicium incorporé dans le fullerène a un bord ondulant, de bonnes propriétés d’émission de carburant et une résistance élevée, et est également le fullerène magnétique. Je crois que les substrats que nous proposons auront de meilleures performances dans une application plus large en nanotechnologie.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’effectuer des expériences et des simulations pour le magnétisme de surface. La démonstration de ces techniques complètes ouvrira la voie aux chercheurs pour explorer les propriétés fondamentales des matériaux.