גשוש C ₈₄ -embedded Si המצע באמצעות סריקת בדיקה מיקרוסקופית דינאמיקה מולקולארית

מטרת מחקר זה היא ייצור של צומת מצע סיליקון משובץ C84 וניתוח לאחר מכן כדי להשיג הבנה מקיפה של תכונות האלקטרוניקה, האופטו-אלקטרוניקה, המכנית, המגנטית ופליטת השדה של החומרים המתקבלים. ננו-חומרים שיש לי בפורקטור הם מגמה מגוונת של מהפכה חומרית. בעזרת מיקרוסקופ בדיקה דק נוכל לזהות את המאפיינים של ננו-מבנים על המשטחים ברזולוציה מספקת ומספיקה.

באמצעות סימולציה דינמית מולקולרית אנו יכולים לעקוב אחר ההתנהגות הסוגית, התלויה, האטומית והמכנית של תהליך ההזחה. כל הסימולציות בוצעו עם מחשוב מקביל בצביר ALPS של NCHC וכל עבודת הניסוי נעשתה במעבדת הננו-מדע של NCHU. האדם שהדגים את הנהלים יהיה צ'ה-פו, פיי-פאנג, יא-צ'י ווי-פין מהקבוצה שלי.

ראשית, הכניסו מצע סיליקון 111 לניקוי הכולל מריחת ממס ואחריו חימום במערכת ואקום גבוהה במיוחד להסרת שכבת התחמוצת והזיהומים מפני השטח של המצע. עבור תצהיר C84 על משטח הסיליקון יש לחמם מראש מאייד קאסל עם אספקת חשמל חיצונית דרך חוטי חימום ל-500 מעלות צלזיוס כדי לקדם את פליטת הגזים של זיהומים. לאחר מכן, טען ננו-חלקיקי C84 למיכל Castle.

לאחר מכן, מחממים את הטירה בהתנגדות ל-650 מעלות צלזיוס כדי לאדות את ננו-חלקיקי C84. כעת, אידוי ננו-חלקיקי C84 בקווים ישרים עד שהם פוגעים במצע הסיליקון דרך שסתום מבוקר בלחץ מתחת לחמש פעמים 10 למינוס שמונה פסקל. לאחר מכן, לפני הסיליקון ALBA 111 תתבסס במערכת ואקום גבוהה במיוחד ב-900 מעלות צלזיוס כדי להשיג את המבנים בזה אחר זה.

הפחיתו את הטמפרטורה ל-650 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות לשקיעת ננו-חלקיקי C84 על פני המצע. במצע הסיליקון של ALBA בטמפרטורה של כ-750 מעלות צלזיוס למשך 12 שעות שבמהלכן ננו-חלקיקי C84 האבקה מתאספים בעצמם לקרן פולרן אחידה ביותר על פני מצע הסיליקון 111. בשלב זה, הנח את מצע הסיליקון המוטבע ב-C84 על מיקרוסקופ בדיקה סורק, או SPM, מחזיק דגימה.

העבר את הדגימה מתא ההחלפה לתא הכנת דגימה. הכנס את המחזיק למערכת ראש סריקה UHV-STM והעביר את הדגימה לתא תצפית. לאחר מכן, טאטא את הטיית הדגימה המיושמת ממינוס חמישה עד חמישה וולט.

לאחר מכן, לחץ על פריט המדידה IV כדי למדוד את עין זרם המנהור ברזולוציה אטומית. בחר לפחות 20 מיקומים מסוימים על מצע הסיליקון המשובץ ב-C84 עבור המדידות. כדי למדוד את אנרגיית פער הפס השג עקומות IV כפי שתואר קודם לכן מהמשטחים המצוינים בפרוטוקול הטקסט.

לאחר מכן, הנח את מצע הסיליקון המשובץ C84 על מחזיק דגימה של פליטת שדה, או FE. הכנס את המחזיק לתא הניתוח FE. לאחר מכן, פנה את החדר ללחץ של בערך חמש פעמים 10 למינוס 5 פסקל למדידת FE.

הגדל את המתח המופעל באופן ידני על המצע מ -100 ל -1, 100 וולט. מדוד את זרם פליטת השדה המתאים כפונקציה של מתח מופעל באמצעות יחידת מדידת מקור מתח גבוה עם זרם ampחיים יותר. כעת, הנח את מצע הבדיקה במרכז תא הדגימה של מערכת מדידת פליטה אופטית.

לאחר מכן, מקדו מקור לייזר הליום קדמיום עם פליטות של 325 ננומטר. לאחר הגדרת הספקטרומטר רכשו את ספקטרום הפוטו-לומינסנציה על ידי איסוף וניתוח הפוטונים הפולטים. מגנטיזציה של דגימות של מצע הסיליקון המשובץ ב-C84 לפני ספקטרוסקופיית כוח מגנטי, או מדידות MFM, על ידי החלת מגנט בעוצמת שדה של כ-2 קילו.

לאחר הנחת הדגימה הממוגנטת על שלב דגימת MFM, התבונן במיקרו-מבנה של הפולרן בתחום המגנטי המוטבע בתוך מצע הסיליקון באמצעות MFM במצב הרמה עם יישום מגנטיזציה בניצב לפני השטח של הדגימה. לאחר מכן, מגנטים דגימות של מצע הסיליקון המשובץ C84 ואשכולות C84 על מצע הסיליקון המשובץ C84 לפני ניסויי SQUID על ידי יישום מגנט בעל עוצמת שדה של כ-2 קילו. הנח את הדגימה הממוגנטת ב-SQUID.

לאחר מכן, הפעל שדה מגנטי גורף בטווח של כ-2 קילו. השג את לולאות המגנטיזציה המשורטטות מול השדה המגנטי החיצוני במדידות SQUID בטמפרטורת החדר. כדי למדוד את הנוקשות של מצע הסיליקון המשובץ ב-C84, הנח תחילה את אחד המצעים על שלב דגימה של AFM, או מיקרוסקופ אטומי.

לאחר מכן, השג מדידות כוח בתנאים אטמוספריים ממצעי הסיליקון המתאימים. השג מדידות כוח כמתואר קודם לכן באמצעות AFM ומערכת UHV ממצעי הסיליקון המתאימים. כדי להכין את מצע הסיליקון, הפעל את תוכנת OSSD.

לחץ על לחצן החיפוש כדי להציג את לוח קריטריוני החיפוש. בחר מצע סיליקון, סוג יסוד, מבנה משוחזר, חשמל מוליכים למחצה, סריג יהלום, 111 פנים ודפוס שבעה על שבע. לאחר מכן לחץ על כפתורי החיפוש והקבלה כדי להציג את לוח רשימת המבנה.

לחץ על משטח הסיליקון הרצוי סיליקון 111 שבע על שבע. כעת, לחץ על כפתור הקובץ ושמור את קובץ התיאום כקובץ xyz. לאחר מכן, הפעל את תוכנת Ovito, טען את קובץ ה-xyz לתוכנה והשתמש בפקודת הפרוסה כדי ללכוד תא-על של מבנה פני השטח של הסיליקון 111 שבעה על שבע בגודל המתאים, 26.878 על 46.554 אנגסטרום בריבוע בכיווני X ו-Y.

השתמש בפקודה תא הדמיה להתאמת גודל התא בכיווני X ו- Y ולהזיז את התא לנקודת המקור של אפס. השתמש בטרנספורמציה אפינית ולחץ על מטריצת השינוי כדי להזיז את המודל 5.714 אנגסטרומים בכיוון הרגיל. השתמשו בפקודה 'פרוסה' כדי לחתוך את שכבת האטום התחתונה ביותר בכיוון הרגיל.

ייצא את קובץ הנתונים בתבנית LAMMPS. בתבנית קובץ נתונים LAMMPS, גבול התא יוגדר. טען מחדש את הנתונים בפורמט של LAMMPS ל-Ovito.

השתמש בפקודה גלישה בגבולות מחזוריים כדי לסדר מחדש את המבנה בתוך התא. השתמש בטרנספורמציה אפין ולחץ על מטריצת השינוי כדי להזיז את המודל 84.6 אנגסטרומים בכיוון הרגיל. השתמש בפקודה תא הדמיה כדי להתאים את גודל התא 150 אנגסטרום בכיוון Z.

ייצא את קובץ הנתונים בתבנית LAMMPS. טען מחדש את הנתונים ל-Ovito. השתמש בהצגת תמונות תקופתיות כדי לשכפל תא-על של חמישה על שלושה בכיווני X ו-Y כדי להגדיל את גודל המצע.

ייצא את קובץ הנתונים בתבנית LAMMPS. לאחר הכנת קובץ תיאום של תא העל סיליקון 111 בגודל המתאים, טען את הנתונים ל-Ovito. השתמש בהצגת תמונות תקופתיות כדי לשכפל תא-על של חמישה על שלושה על שמונה בכיווני X, Y ו-Z כדי להגדיל את גודל המצע.

השתמש בטרנספורמציה אפינית ובחר מטריצת טרנספורמציה כדי להעביר את המודל לנקודת המוצא בכיוון Z 37.6184 אנגסטרומים. ייצא את קובץ הנתונים בתבנית LAMMPS. שלב את קבצי הנתונים של משטח הסיליקון 111 שבעה על שבע ודגמי המצע סיליקון 111 באמצעות עורך טקסט.

דגם המצע סיליקון 111 שבעה על שבע מוכן. כדי להכין את ה-C84 fullerene mono-tier, הורד את קובץ התיאום של ה-C84 fullerene מהאינטרנט. השתמש בתוכנית תוצרת בית כדי לשכפל שבעה על שבעה פולרנים C84 המסודרים במבנה חלת דבש.

לאחר מכן, השתמש בתוכנית תוצרת בית כדי להניח את השכבה החד-שכבתית C84 על משטח הסיליקון 111 שבעה על שבע במרחק של שלושה אנגסטרומים. השתמש בפקודת נתוני הטעינה כדי לטעון את מודל הסימולציה בסקריפט LAMMPS. לאחר מכן, הגדר את האזור וצור פקודות אטום ליצירת בדיקה כדורית של חמישה ננומטר.

לבסוף, הכינו תסריט קלט של LAMMPS לסימולציית הזחה וחשבו את המאפיינים המכניים של הפירוט. שכבה אחת של מולקולות C84 על משטח סיליקון 111 לא מסודר יוצרה בתהליך הרכבה עצמית מבוקרת וסדרה של תמונות טופוגרפיות שנמדדו על ידי UHV-STM עם דרגות כיסוי שונות מוצגות כאן. המאפיינים האלקטרוניים והאופטיים של מצע הסיליקון המשובץ C84 נחקרו באמצעות טכניקות STM וניתוח פוטו-לומינסנציה.

תכונות החומר המצוינות של הדגימות מדגימות כיצד ניתן להשתמש בננוטכנולוגיה לבקרת חומר בקנה מידה אטומי וננו. תוצאות MFM ו-SQUID מראות את מגנטיות פני השטח של מצע משובץ C84. תוצאות UHV-AFM מדגימות את הפוטנציאל של מצע הסיליקון המשובץ C84 כחלופה לקרביד מוליכים-למחצה בהתקנים ננו-אלקטרוניים עבור יישומים בטמפרטורה גבוהה, הספק גבוה ותדר גבוה.

כמו גם במערכות מגנטיות ומיקרו-אלקטרומכניות. תהליך הסימולציה הדינמית המולקולרית על הננו-הזחה של מצע משובץ C84 מוצג כאן. התכונות המכניות של המצע המוטבע בפולרן מוצגות כאן.

ניתן לראות את התמונות המתאימות כפונקציה של עומק הכניסה כאן. התוצאות של כוח הכניסה כפונקציה של עומק הכניסה משמשות לחישוב הקשיות, המודול המופחת והנוקשות הנפוחה של השכבה החד-שכבתית C84. כיום מקובלת התפיסה הרווחת כי ננו-חומר יביא לפיתוח ישים במדע ובטכנולוגיות בגלל יחידת השכבה של התכונות הכימיות, הפיזיקליות והמכניות.

עם שכבה אחת בלבד של פולרן, ניתן לשנות באופן דרמטי את תכונות מצע הסיליקון. במחקר שלנו, למצע סיליקון משובץ פולרן יש קצה גלי, תכונות פליטת דלק טובות וחוזק גבוה, והוא גם המגנטי של הפולרן. אני מאמין שלמצעים המוצעים שלנו יהיו ביצועים טובים יותר ביישום רחב יותר בננוטכנולוגיה.

לאחר צפייה בסרטון זה אתם אמורים להבין היטב כיצד לבצע ניסויים וסימולציות עבור מגנטיות פני השטח. הדגמת הטכניקות המקיפות הללו תסלול את הדרך לחוקרים לחקור את התכונות הבסיסיות של חומרים.