Name: גשוש C 84 -embedded Si המצע באמצעות סריקת בדיקה מיקרוסקופית דינאמיקה מולקולארית (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-28T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 58 s
Description: חקור את תכונות החומר של מצע סיליקון משובץ C84 באמצעות סימולציות דינמיקה מולקולרית ומיקרוסקופיה סורקת. שיטה זו מאפשרת ניתוח תכונות אלקטרוניות, אופטואלקטרוניות ומכניות בננו-קנה מידה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים מבקשים להודות למשרד המדע והטכנולוגיה של טייוואן, על תמיכתם הכספית במחקר זה תחת חוזים מס' MOST-102-2923-E-492-001-MY3 (W. J. Lee) ו-NSC-102-2112-M-005-003-MY3 (M. S. Ho). התמיכה של המחשוב בעל הביצועים הגבוהים של טייוואן במתן משאבי מחשוב עצומים כדי להקל על מחקר זה זוכה גם היא להכרת תודה.

<ol><li>Kroto, H. W., Heath, J. R., O'Brien, S. C., Curl, R. F., Smalley, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((C60%3A+Buckminsterfullerene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">C60: Buckminsterfullerene.</a> Nature. 318, 162-163 (1985).</li>
<li>Zhu, Z. P., Gu, Y. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure+of+carbon+caps+and+formation+of+fullerenes%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Structure of carbon caps and formation of fullerenes.</a> Carbon. 34, 173-178 (1996).</li>
<li>Margadonna, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystal+Structure+of+the+Higher+Fullerene+C84%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Mater%22%5BJournal%5D)">Crystal Structure of the Higher Fullerene C84.</a> Chem. Mater. 10, 1742-1744 (1998).</li>
<li>Diederich, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Higher+Fullerenes%3A+Isolation+and+Characterization+of+C76%2C+C84%2C+C90%2C+C94%2C+and+C70O%2C+an+Oxide+of+D5h-C70%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The Higher Fullerenes: Isolation and Characterization of C76, C84, C90, C94, and C70O, an Oxide of D5h-C70.</a> Science. 252, 548-551 (1991).</li>
<li>Lv, Z., Deng, Z., Xu, D., Li, X., Jia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+organic+light-emitting+diodes+with+C60+buffer+layer%5BTitle%5D)+AND+%22Displays%22%5BJournal%5D)">Efficient organic light-emitting diodes with C60 buffer layer.</a> Displays. 30, 23-26 (2009).</li>
<li>Tokunaga, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+difference+in+electronic+properties+between+fullerene+C60+and+C60X2%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">On the difference in electronic properties between fullerene C60 and C60X2.</a> Chem. Phys. Lett. 476, 253-257 (2009).</li>
<li>Basa, D. K., Smith, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Annealing+and+crystallization+processes+in+a+hydrogenated+amorphous+Si---C+alloy+film%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Annealing and crystallization processes in a hydrogenated amorphous Si---C alloy film.</a> Thin Solid Films. 192, 121-133 (1990).</li>
<li>Neudeck, P. G., Powell, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+limiting+micropipe+defects+in+silicon+carbide+wafers%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Electron+Device+Lett%22%5BJournal%5D)">Performance limiting micropipe defects in silicon carbide wafers.</a> IEEE Electron Device Lett. 15, 63-65 (1994).</li>
<li>Huang, C. P., Su, C. C., Ho, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intramolecular+Structures+of+C60+and+C84+Molecules+on+Si%28111%29-7x7+Surfaces+by+Scanning+Tunneling+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Intramolecular Structures of C60 and C84 Molecules on Si(111)-7x7 Surfaces by Scanning Tunneling Microscopy.</a> Appl. Surf. Sci. 254, 7712-7717 (2008).</li>
<li>Huang, C. P., Su, C. C., Su, W. S., Hsu, C. F., Ho, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nano-measurements+of+electronic+and+mechanical+properties+of+fullerene+embedded+Si%28111%29+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Nano-measurements of electronic and mechanical properties of fullerene embedded Si(111) surfaces.</a> Appl. Phys. Lett. 97, 061908(2010).</li>
<li>Huang, C. P., Hsu, C. F., Ho, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+Fullerene+Embedded+Silicon+Surfaces+with+Scanning+Probe+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Nanosci.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Investigation of Fullerene Embedded Silicon Surfaces with Scanning Probe Microscopy.</a> J. Nanosci. Nanotechnol. 10, 7145-7148 (2010).</li>
<li>Huang, C. P., Su, W. S., Su, C. C., Ho, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characteristics+of+Si%28111%29+surface+with+embedded+C84+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Adv%22%5BJournal%5D)">Characteristics of Si(111) surface with embedded C84 molecules.</a> RSC Adv. 3 (111), 9234-9239 (2013).</li>
<li>Method of forming self-assembled and uniform fullerene array on surface of substrate. US Patent. , US9109278 (2015).</li>
<li>Plimpton, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+Parallel+Algorithms+for+Short-Range+Molecular+Dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Comp.+Phys%22%5BJournal%5D)">Fast Parallel Algorithms for Short-Range Molecular Dynamics.</a> J. Comp. Phys. 117, 1-19 (1995).</li>
<li>Su, W. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+a+functional+C84+monolayer+to+improve+the+mechanical+properties+and+alter+substrate+deformation%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Adv%22%5BJournal%5D)">Using a functional C84 monolayer to improve the mechanical properties and alter substrate deformation.</a> RSC Adv. 5, 47498-47505 (2015).</li>
<li>Stukowski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visualization+and+analysis+of+atomistic+simulation+data+with+OVITO-+the+Open+Visualization+Tool%5BTitle%5D)+AND+%22Modelling+Simul.+Mater.+Sci.+Eng%22%5BJournal%5D)">Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO- the Open Visualization Tool.</a> Modelling Simul. Mater. Sci. Eng. 18, 015012(2010).</li>
<li>Watson, P. R., Hove, M. A. V., Hermann, K. Open Surface Structure Database. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.fhi-berlin.mpg.de/KHsoftware/oSSD ">http://www.fhi-berlin.mpg.de/KHsoftware/oSSD </a> (2014).</li>
<li>Tersoff, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+empirical+model+for+the+structural+properties+of+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">New empirical model for the structural properties of silicon.</a> Phys. Rev. Lett. 56, 632(1986).</li>
<li>Stuart, S. J., Tutein, A. B., Harrison, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+reactive+potential+for+hydrocarbons+with+intermolecular+interactions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">A reactive potential for hydrocarbons with intermolecular interactions.</a> Journal of Chemical Physics. 112, 6472(2000).</li>
<li>Rapaport, D. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRapaport%2C+DC+%22The+Art+of+Molecular+Dynamics+Simulations%22">The Art of Molecular Dynamics Simulations</a>. , Cambridge University Press. (1997).</li>
<li>Fowler, P. W. Cn Fullerenes. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.nanotube.msu.edu ">http://www.nanotube.msu.edu </a> (2013).</li>
<li>Chandra, N., Namilae, S., Shet, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Local+elastic+properties+of+carbon+nanotubes+in+the+presence+of+Stone-Wales+defects%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Local elastic properties of carbon nanotubes in the presence of Stone-Wales defects.</a> Phys. Rev. B. 69, 094101(2004).</li>
<li>Honeycutt, J. D., Andersen, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+Dynamics+Study+of+Melting+and+Freezing+of+Small+Lennard-Jones+Clusters%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem%22%5BJournal%5D)">Molecular Dynamics Study of Melting and Freezing of Small Lennard-Jones Clusters.</a> J. Phys. Chem. 91, 4950(1987).</li>
<li>Schulz, M. J., Kelkar, A. D., Sundaresan, M. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSchulz%2C+MJ+%22Nanoengineering+of+Structural%2C+Functional+and+Smart+Materials%22">Nanoengineering of Structural, Functional and Smart Materials</a>. , Taylor & Francis. 736(2005).</li>
<li>Ju, S. P., Wang, C. T., Chien, C. H., Huang, J. C., Jian, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Nanoindentation+Responses+of+Nickel+Surfaces+with+Different+Crystal+Orientations%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Simulation%22%5BJournal%5D)">The Nanoindentation Responses of Nickel Surfaces with Different Crystal Orientations.</a> Molecular Simulation. 33, 905-917 (2007).</li>
<li>Mishin, Y., Suzuki, A., Uberuaga, B. P., Voter, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stick-slip+behavior+of+grain+boundaries+studied+by+accelerated+molecular+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Stick-slip behavior of grain boundaries studied by accelerated molecular dynamics.</a> Phys. Rev. B. 75, (2007).</li>
</ol>

החוקרים אין לי מה לחשוף.

<html> במחקר זה, אנו מדגימים את הייצור של monolayer עצמית התאסף של 84 C על מצע Si באמצעות תהליך חישול רומן (איור 1). תהליך זה יכול לשמש גם כדי להכין סוגים אחרים של מצעים מוליכים למחצה מוטבע ננו-חלקיקים. ה- C 84 -embedded המצע Si התאפיין ברמה האטומית באמצעות UHV-STM (איור 2), ספקטרומטר פליטה שדה, ספקטרוסקופיה צילום הארה, MFM ודיונונים (איור 3). <p class="jove_content" style=";text-align:right;direction:rtl"...

מולקולות פולרן ואת החומרים מרוכבים הם מהווים הם ייחודיים בין ננו בשל המאפיינים המבניים שלהם מעולים, מוליכות אלקטרוניות, חוזק מכאני, ועל תכונות כימיות 1-4. חומרים אלה הוכיחו תועלת רבה במגוון תחומים, כגון אלקטרוניקה, מחשבים, טכנולוגיית תא דלק, תאים סולריים, וטכנולוגית פליטת שדה 5,6. בין החומרים הללו, סיליקון קרביד (SiC) מרוכבים ננו-חלקיקים קבלו בזכות תשומת לב מיוחדת הפער בפס הרחב שלהם, מוליכות תרמית גבוהות ויציבות, יכולת פריצה החשמלית גבוהה, אדישות כימית. יתרונות אלה הם ברורים במיוחד התקנים אופטו, טרנזיסטורים אפקט שדה metal-oxide-מוליכים למחצה (MOSFET), דיודות פולטות אור (LEDs), ו-עוצמה גבוהה, בתדירות גבוהה, ויישומים בטמפרטורה גבוהה. עם זאת, פגמי צפיפות גבוהים נפוצים שנצפו על פני השטח של conventiסיליקון קרביד onal יכול להיות השפעה מזיקה על המבנה האלקטרוני, אפילו מוביל לכישלון מכשיר 7,8. למרות העובדה כי הבקשה של SiC נחקרה מאז 1960, בעיה לא פתורה המסוים הזה נשאר. מטרת המחקר הנוכחי הייתה ההמצאה של C 84 -embedded heterojunction מצע Si וניתוח שלאחר מכן להשיג הבנה מקיפה של אלקטרוניים, אופטו, מכאני, מגנטי, ועל מאפייני פליטה בתחום החומרים וכתוצאה מכך. אנחנו גם התייחסנו לסוגיית באמצעות סימולציה נומרית לחזות את המאפיינים של ננו, דרך יישום הרומן של חישובי דינאמיקה מולקולארית.

<table><tbody><tr>פרוסת <td></td><td></td><td>סיליקון</td><td>Si(111). סוג/דופנט: P/בורון; התנגדות: 0.05-0.1 אוהם&#183; ס"מ</td></tr><tr><td>פחמן, C84</td><td>Legend Star</td><td></td><td>C84 אבקה, 98%</td></tr> <tr><td>חומצה הידרוכלורית</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>84422</td><td>RCA, 37%</td></tr> <tr><td>אמוניום</td><td>צ'וני כימיקל</td><td></td><td>טהור RCA, 25%</td></tr> <tr><td>מי חמצן</td><td>Choneye Pure Chemical</td><td></td><td>RCA, 35%</td></tr> <tr><td>חנקן</td><td>Ni Ni Air</td><td></td><td>בקבוק בלחץ גבוה, 95%</td></tr> <tr><td>חוט 461327 טונגסטן</td><td>נילאקו</td><td></td><td>, קוטר 0.3 מ"מ, קצה</td></tr><tr><td>נתרן הידרוקסיד</td><td>UCW</td><td>85765</td><td>תחריט חוט טונגסטן לקצה</td></tr><tr><td>אצטון</td><td>מרקון פיין כימיקלים</td><td>99920</td><td>מתאים לכרומטוגרפיה נוזלית וספקטרופוטומטריית UV</td></tr><tr><td>מתנול</td><td>מרקון פיין כימיקלים</td><td>64837</td><td>מתאים לכרומטוגרפיה נוזלית ו ספקטרופוטומטריית</td></tr><tr><td>UV UHV-SPM</td><td>JEOL בע"מ</td><td>JSPM-4500A</td><td>מיקרוסקופ מנהור סריקת ואקום גבוה במיוחד ומיקרוסקופ כוח אטומי ואקום גבוה במיוחד</td></tr><tr><td>ספק כוח</td><td>Keithley</td><td>237</td><td>יחידת מדידת מקור במתח גבוה</td></tr><tr><td>SQUID</td><td>Quantum desigh</td><td>MPMS-7</td><td>חוזק שדה מגנטי: &plusmn; 7.0 טסלה, טווח טמפרטורות: 2&#8211; 400 K, תחום דיפול מגנטי: 5&nbsp; וזמנים; &nbsp; 10-7 &#8211; 300 emu</td></tr><tr><td>ALPS</td><td>National Center for High-Performance Computing,</td><td></td><td>Taiwan Advanced Large-scale Parallel Supercluster, 177Tflops; 25,600 ליבות CPU; 73,728 GB RAM; 1,074 TB אחסון</td></tr></tbody></table>

גשוש c<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded si המצע באמצעות סריקת בדיקה מיקרוסקופית דינאמיקה מולקולארית

Probing C84-embedded Si Substrate Using Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

מאמר זה מדווח מערך מעוצב C 84 -embedded מצע Si מפוברק באמצעות שיטה להרכבה עצמית מבוקרת בתא ואקום אולטרה-גבוה. המאפיינים של C 84 -embedded משטח Si, כגון טופוגרפיה ברזולוציה אטומית, צפיפות אלקטרונית מקומית של מדינות, פער אנרגית להקה, תכונות פליטת שדה, נוקשות nanomechanical, ומגנטיויות שטח, נבחנו באמצעות מגוון של טכניקות ניתוח שטח תחת אולטרה, ואקום גבוה (UHV) תנאים וכן מערכת אטמוספרי. תוצאות ניסויים להדגים את האחידות הגבוהה של C 84 -embedded Si משטח מפוברק באמצעות מנגנון ננוטכנולוגיה הרכבה עצמית מבוקר, מייצג התפתחות חשובה ביישום של תצוגת פליטת שדה (FED), ייצור מכשיר אופטו, MEMS כלי חיתוך, ובמאמצים כדי למצוא תחליף מתאים מוליכים למחצה קרביד. דינאמיקה מולקולארית (MD) שיטה עם פוטנציאל למחצה אמפירי יכול בדואר לשמש כדי לחקור את nanoindentation של 84 C -embedded מצע Si. תיאור מפורט לביצוע סימולציה MD מוצג כאן. פרטים על מחקר מקיף על ניתוח מכאני של סימולצית MD כגון כוח זח, מודולוס של יאנג, קשיחות משטח, לחץ אטומי, ומתח אטום כלולים. הלחץ האטומי ומתח פון-מיזס הפצות של מודל הכניסה ניתן לחשב לפקח מנגנון דפורמציה עם הערכת זמן ברמת האטומיסטית.

בשכבה של C 84 מולקולות על משטח Si סדר (111) היה מפוברק באמצעות תהליך ההרכבה העצמית מבוקר בתא UHV איור 1 מציג סדרה של תמונות טופוגרפיות נמדדת UHV-STM עם דרגות שונות של כיסוי:. (א) 0.01 ML, (ב) 0.2 מ&quot;ל, (ג) 0.7 ML, ו- (ד) 0.9 ML. המאפיינים אלקטרוניים ואופטיים של המצע Si מוטבע 84 C נחקרו גם תוך שימוש במגוון של טכניקות ניתוח השטח, כגון STM ו PL (איור 2). מאפייני החומר המעולים של דגימות וכתוצאה להדגים כיצד ננוטכנולוגיה יכול ל...

מאמר זה מדווח על ייצור ננו-חומרים של מצע Si פולרן שנבדק ואומת על ידי ננו-מדידות וסימולציה דינמית מולקולרית.

גשוש C<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded Si המצע באמצעות סריקת בדיקה מיקרוסקופית דינאמיקה מולקולארית

This paper reports an array-designed C84-embedded Si substrate fabricated using a controlled self-assembly method in an ultra-high vacuum chamber. The ...

מטרת מחקר זה היא ייצור של צומת הסיליקון של מצע סיליקון עם C84 מוטמע, וניתוח עוקב להשגת הבנה מקיפה של התכונות האלקטרוניות, האופטואלקטרוניות, המכניות, המגנטיות ותכונות פליטת השדה של החומרים שנוצרו. ננו-חומרים המצויים בשימוש מהווים מגמה עולה של מהפכה בחומרים. בעזרת מיקרוסקופ Probe דק נוכל לזהות את מאפייני הננו-מבנים על פני השטח ברזולוציה מספקת.באמצעות סימולציית דינמיקה מולקולריתית נוכל לנטר את ההתנהגות האטומית והמכנית של תהליך ההחדרה (indentation), התלויה בסוג החומר. כל הסימולציות בוצעו באמצעות מחשוב מקבילי ב-supercluster ALPS של NCHC, וכל עבודת הניסוי בוצעה במעבדה לננו-מדע של NCHU. הגמ demonstration של הפרוצדורות יבוצע על ידי Che-Fu, Pei-Fang, Ya-Chi ו-Wei-Pin מהקבוצה שלי.ראשית, הכפיפו מצע סיליקון 111 לניקוי הכולל יישום של ממס ולאחריו חימום במערכת ואקום גבוהה במיוחד (ultrahigh vacuum) להסרת שכבת התחמוצת וזיהומים מפני השטח של המצע. עבור השקעת C84 על פני השטח של הסיליקון, חממו מראש מאייד Castle בעזרת ספק כוח חיצוני באמצעות חוטים מחממים ל-500 degrees celsius כדי לעודד שחרור גזים של זיהומים. לאחר מכן, טענו ננו-חלקיקי C84 לתוך מיכל Castle.לאחר מכן, חממו את ה-Castle באמצעות חימום התנגדי ל-650 °C כדי לאדות את ננו-חלקיקי ה-C84. כעת, אדו את ננו-חלקיקי ה-C84 בקוים ישרים עד שהם פוגעים במצע הסיליקון דרך שסתום מבוקר בלחץ נמוך מ-5 × 10⁻⁸ Pa. לאחר מכן, בצעו חימום מוקדם למצע הסיליקון 111 של ALBA במערכת ואקום גבוהה במיוחד (ultrahigh vacuum) בטמפרטורה של 900 °C כדי לקבל מבני one by one.הפחית את הטמפרטורה ל-650 degrees celsius למשך 30 דקות לשקיעת ננו-חלקיקי C84 על פני השטח של התשתית. בתשתית סיליקון ALBA בטמפרטורה של כ-750 degrees celsius למשך 12 שעות, במהלכן ננו-חלקיקי C84 באבקה מתארגנים עצמית למערך פולרן אחיד מאוד על פני השטח של תשתית סיליקון 111. בשלב זה, הנח את תשתית הסיליקון המוטמעת ב-C84 על מחזיק דגימות של מיקרוסקופיה בסריקה של גשושית, או SPM.העבירו את הדגימה מתא החלפה לתא הכנת דגימות. הכניסו את המחזיק למערכת ראש סריקה מסוג UHV-STM והעבירו את הדגימה לתא תצפית. לאחר מכן, סרקו את מתח ההטיה המופעל על הדגימה ממינוס חמישה עד חמישה וולט.בשלב הבא, לחצו על פריט מדידת ה-IV כדי למדוד את עין זרם המנהרה ברזולוציה אטומית. בחרו לפחות 20 מיקומים ספציפיים על מצע הסיליקון המטמיע C84 לצורך המדידות. כדי למדוד את אנרגיית פער הפס, השגין עקומות IV כפי שתואר קודם לכן מהמשטחים המצוינים בפרוטוקול הטקסט.לאחר מכן, הניחו את תשת silicon המוטמעת ב-C84 על מחזיק דגימות עבור פליטה שדה, או FE. הכניסו את המחזיק לתא ניתוח ה-FE. לאחר מכן, רוקנו את התא ללחץ של כמעט 5 × 10⁻⁵ pascal לצורך מדידת ה-FE.העלה ידנית את המתח המופעל על התשתית מ-100 ל-1,100 וולט. מדוד את זרם פליטת השדה התואם כפונקציה של המתח המופעל באמצעות יחידה למדידת מקור מתח גבוה עם מגבר זרם. כעת, מקם את התשתית הנבדקת במרכז תא הדגימות של מערכת למדידת פליטה אופטית.לאחר מכן, מfקסימו מקור לייזר הליום-קדמיום עם פליטות של 325 nanometer. לאחר הגדרת הספקטרומטר, רכשו את ספקטרום הפוטולומינסנציה על ידי איסוף וניתוח הפוטונים הפולטים. הגנטו דגימות של תשת הסיליקון המכילה C84 לפני ביצוע ספקטרוסקופיה של כוח מגנטי, או מדידות MFM, על ידי החלת מגנט בעוצמת שדה של כ-2 kilo oersted.לאחר הנחת הדגימה הממוגנטת על משטח הדגימות של ה-MFM,בחנו את המיקרו-מבנה של הפולרן בדומיין המגנטי המוטמע בתוך מצע הסיליקון באמצעות MFM במצב lift, תוך הפעלת מגנטיזציה בניצב לפני השטח של הדגימה. לאחר מכן, מגנטו את דגימות מצע הסיליקון המוטמע ב-C84 ואת אשכולי ה-C84 על מצע הסיליקון המוטמע ב-C84 לפני ניסויי SQUID, על ידי הפעלת מגנט בעוצמת שדה של כ-2 kilo oersted. הניחו את הדגימה הממוגנטת בתוך ה-SQUID.לאחר מכן, החילו שדה מגנטי סורק בטווח של כ-2 kilo oersted. השגיג את עקומות המגנטיזציה המעובדות מול השדה המגנטי החיצוני במדידות SQUID בטמפרטורת החדר. כדי למדוד את קשיחות מצע הסיליקון שבו מוטמע C84, הניחו תחילה את אחד המצעים על במה של AFM, או מיקרוסקופ אטומי.בשלב הבא, השג מדידות כוח בתנאי אטמוספירה מתשבתי הסיליקון המתאימים. השג מדידות כוח כפי שתואר בעבר באמצעות AFM ומערכת UHV מתשבתי הסיליקון המתאימים. כדי להכין את תשבית הסיליקון, הפעל את תוכנת ה-OSSD.לחצו על כפתור החיפוש כדי להציג את לוחת קריטריוני החיפוש. בחרו בתשתית סיליקון (silicon substrate), סוג אלמנטרי (elemental type), מבנה ששוחלף (reconstructed structure), מוליך למחצה (semi-conductor elec), סריג יהלום (diamond lattice), פני 111 (111 face), ותבנית שבע על שבע (seven by seven pattern). לאחר מכן, לחצו על כפתורי החיפוש והאישור כדי להציג את לוחת רשימת המבנים.לחצו על מבנה פני השטח הרצוי של silicon 111 seven by seven. כעת, לחצו על כפתור הקובץ ושמרו את קובץ הקואורדינטות כקובץ xyz. לאחר מכן, הפעילו את תוכנת Ovito, טענו את קובץ ה-xyz לתוכנה, והשתמשו בפקודת slice כדי ללכוד תא על (super cell) של מבנה פני השטח של silicon 111 seven by seven בגודל המתאים, 26.878 על 46.554 angstrom squared בכיווני X ו-Y.השתמש בפקודת simulation cell כדי להתאים את גודל התא בכיווני X ו-Y ולהסיט את התא לנקודת הראשית אפס. השתמש בטרנספורמציה אפינית (affine transformation) ולחץ על transform matrix כדי להסיט את המודל 5.714 angstroms בכיוון הנורמלי. השתמש בפקודת slice כדי לחתוך את שכבת האטומים התחתית ביותר בכיוון הנורמלי.ייצא את קובץ הנתונים בפורמט של LAMMPS. בפורמט קובץ הנתונים של LAMMPS, גבולות התא יוגדרו. טען מחדש את הנתונים בפורמט של LAMMPS לתוך Ovito.השתמש בפקודת wrap at periodic boundaries כדי לסדר מחדש את המבנה בתוך התא. השתמש ב-affine transformation ולחץ על transform matrix כדי להזיז את המודל 84.6 angstroms בכיוון הנורמלי. השתמש בפקודת simulation cell כדי להתאים את גודל התא ל-150 angstroms בכיוון Z.ייצאו את קובץ הנתונים בפורמט של LAMMPS. טענו מחדש את הנתונים אל Ovito. השתמשו באפשרות show periodic images כדי לשכפל תא על של חמישה על שלושה בכיווני X ו-Y כדי להגדיל את גודל המצע.ייצא את קובץ הנתונים בפורמט של LAMMPS. לאחר הכנת קובץ קואורדינטות של תא על (super cell) של סיליקון 111 בגודל המתאים, טען את הנתונים ל-Ovito. השתמש באפשרות show periodic images כדי לשכפל תא על של חמישה על שלוש על שמונה בכיווני X, Y ו-Z כדי להגדיל את גודל התשתית.השתמש בטרנספורמציה אפינית ובחר מטריצת טרנספורמציה כדי להזיז את המודל לנקודת הראשית בכיוון Z ב-37.6184 angstroms. ייצא את קובץ הנתונים בפורמט של LAMMPS. שלב את קובצי הנתונים של המודלים של פני השטח של silicon 111 שבע על שבע והמצע של silicon 111 באמצעות עורך טקסט.מודל התשתית של סיליקון 111 שבע על שבע מוכן. להכנת שכבה אחת של פולרן C84, הורד את קובץ הקואורדינטות של פולרן C84 מהרשת. השתמש בתוכנה שפותחה במעבדה כדי לשכפל פולרנים C84 בשבע על שבע המסודרים במבנה דבש.בשלב הבא, השתמש בתוכנה המיוצרת במעבדה כדי להניח את השכבה האحادית של C84 על פני השטח של סיליקון 111 שבע על שבע במרחק של שלושה angstroms. השתמש בפקודת load data כדי לטעון את מודל הסימולציה בסקריפט LAMMPS. לאחר מכן, הגדר את האזור והשתמש בפקודות create atom כדי ליצור גשש כדורי בקוטר של חמישה nanometers.לבסוף, הכינו סקריפט קלט של LAMMPS עבור סימולציית ה вдаחקה (indentation) וחשבו את התכונות המכניות המפורטות. שכבה אחת של מולקולות C84 על פני שטח סיליקון 111 לא מסודר יוצרה באמצעות תהליך הרכבה עצמית מבוקר, וכאן מוצגות סדרה של תמונות טופוגרפיות שנמדדו באמצעות UHV-STM בדרגות כיסוי שונות. התכונות האלקטרוניות והאופטיות של תשתית הסיליקון שבה מוטמעות מולקולות C84 נחקרו באמצעות טכניקות ניתוח של STM ופוטולומינסנציה.תכונות החומר המצוינות של הדגימות מדגימות כיצד ניתן להשתמש בננוטכנולוגיה לשליטה בחומר בקנה מידה אטומי וננומטרי. תוצאות ה-MFM וה-SQUID מראות את המגנטיות השטחית של מצע ששובץ בו C84. תוצאות ה-UHV-AFM מדגימות את הפוטנציאל של מצע סיליקון ששובץ בו C84 כחלופה לקרביד מוליך למחצה במכשירים ננו-אלקטרוניים ליישומים של טמפרטורה גבוהה, הספק גבוה ותדר גבוה.כמו כן במערכות מגנטיות ומערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות. תהליך סימולציית הדינמיקה המולקולרית של ננו-החדרה (nanoindentation) במצע שבו מוטמע C84 מוצג כאן. התכונות המכניות של המצע שבו מוטמע פולרן מוצגות כאן.ניתן לראות כאן את תצלומי הרגעים המתאימים כפונקציה של עומק ההחדרה. תוצאות כוח ההחדרה כפונקציה של עומק ההחדרה משמשות לחישוב הקשיות, המודול המופחת וקשיחות הנפיחות של השכבה היחידה של C84. כיום מקובלת התפיסה כי חומרים ננומטריים יביאו להתפתחות רלוונטית במדע ובטכנולוגיה בשל יחידת השכבה של התכונות הכימיות, הפיזיקליות והמכניות.עם שכבה אחת בלבד של פולרן, ניתן לשנות באופן דרמטי את תכונות תשתית הסיליקון. במחקר שלנו, לתשתית סיליקון שבה מוטמע פולרן יש קצה גלי, תכונות פליטת דלק טובות וחוזק גבוה, ובנוסף הפולרן הוא מגנטי. אני מאמין שהתשתיות המוצעות על ידי יגלו ביצועים טובים יותר במגוון רחב של יישומים בננוטכנולוגיה.לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה טובה של אופן ביצוע ניסויים וסימולציות למגנטיות פני שטח. הדגמה של טכניקות מקיפות אלו תסלול את הדרך עבור חוקרים לחקור את התכונות הבסיסיות של חומרים.

probing-c84-embedded-si-substrate-using-scanning-probe-microscopy

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

ספקטרוסקופיה הקיבול יחידה אלקטרונים סורקות-בדיקה מאפשרת חקר תנועת אלקטרון בודד מתחת לפני הקרקע באזורים מקומיים. מעגל אחראי לזיהוי רגיש הוא שולב מיקרוסקופ סריקת בדיקה קריוגני לחקור מערכות קטנות של אטומים dopant מתחת לפני השטח של דגימות מוליכים למחצה.

ספקטרוסקופיה קיבוליות חד אלקטרונים סורקות-בדיקה

ניתן להשתמש בננוסקופיה של בדיקה קולואידית במגוון תחומים כדי לקבל תובנה לגבי היציבות הפיזית וקינטיקה של קרישה של מערכות קולואידיות ולסייע במדעי גילוי וניסוח תרופות באמצעות מערכות ביולוגיות. השיטה המתוארת בה מספקת אמצעי כמותי ואיכותי לחקר מערכות כאלה.

בחינה כמותית ואיכותי של אינטראקציות חלקיקי חלקיקים באמצעות קולואיד Probe Nanoscopy

מוצג פרוטוקול לחיבור מגוון גדול של מולקולות בודדות באופן קוולנטי לקצה AFM. ניתנים נהלים ודוגמאות לקביעת כוח ההדבקה והאנרגיה החופשית של מולקולות אלה על תומכים מוצקים וממשקים ביולוגיים.

חוקר מולקולה בודדת הדבקה על ידי הכוח האטומי ספקטרוסקופיה

אנו מדגימים את המניפולציה המדויקת של מולקולות אורגניות בודדות על משטח מתכת עם קצה מיקרוסקופ בדיקה סורק המונע בתלת מימד על ידי ידו של הנסיין באמצעות מערכת לכידת תנועה ומשקפי מציאות מדומה סוחפים לחלוטין.

יד מבוקרת מניפולציה של יחיד מולקולות באמצעות סריקת הבדיקה במיקרוסקופ עם ממשק מציאות 3D Virtual

אנו מציגים פרוטוקול למניפולציה של מערבולות בודדות בסרטים מוליכים-על דקים, תוך שימוש במגע מכני מקומי. השיטה אינה כוללת הפעלת זרם, שדה מגנטי או שלבי ייצור נוספים.

סריקת לימוד SQUID של מניפולציה וורטקס ידי לתקשר מקומי

נדגים שיטה כל-אלקטרונית להתבונן תשלום ננו-נפתרה הדינמיקה של dopant אטומי סיליקון עם מיקרוסקופ מינהור סריקה.

כל-אלקטרונית ננו-נפתרה סריקה מינהור מיקרוסקופיה: הקלת החקירה של דינמיקה תשלום יחיד Dopant

כאן אנו מציגים עבור סריקה מרחבית ננוליתוגרפיה בדיקה זמינה על-ידי יישור איטרטיביים של מערכי בדיקה, כמו גם הניצול של דפוסי ליטוגרפית ללימודי אינטראקציה תא-פני פרוטוקול.

ננוליתוגרפיה בדיקה סריקת שטח גדול בהנחייתם של יישור אוטומטי ויישומו המצע פבריקציה נוספת ללימודי תרבות תא

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לחקור את המבנה ואת הדינמיקה של מים פנים את המשקל האטומי, מבחינת דימות ברזולוציה submolecular, מניפולציה מולקולרית, ספקטרוסקופיה הרטט קשר יחיד.

חיטוט את המבנה ואת הדינמיקה של מים פנים עם סריקה מיקרוסקופ מינהור וספקטרוסקופיה

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לאפיון חלקיקים נוקלאוזום ברמת מולקולה בודדת באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי סטטי ו בצילום מואץ (AFM) טכניקות הדמיה. שיטת functionalization פני השטח המתואר מאפשרת לכידתו של המבנה ואת הדינמיקה של נוקליאוזומים ב ברזולוציה גבוהה ב הננומטרי.

חיטוט את המבנה ואת הדינמיקה של נוקליאוזומים באמצעות הדמיה מיקרוסקופ כוח אטומי

מיקרוסקופיה של כוח אטומי (AFM) בשילוב עם מיקרוסקופיה אלקטרוכימית סריקה (SECM), כלומר, AFM-SECM, ניתן להשתמש בו זמנית לרכוש מידע טופוגרפי ואלקטרוכימי ברזולוציה גבוהה על משטחי חומר בננומטרי. מידע כזה הוא קריטי להבנת תכונות הטרוגניות (למשל, תגובתיות, פגמים ואתרי תגובה) על משטחים מקומיים של ננו, אלקטרודות וביו-חומרים.

פעילות אלקטרוכימית משטח תבוצע של ננו-חומרים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוכימי של כוח אטומי היברידי (AFM-SECM)

לבדיקת דגימה בקנה מידה גדול עם רזולוציה ננומטרית יש מגוון רחב של יישומים, במיוחד עבור פרוסות מוליכים למחצה ננו-מפורקות. מיקרוסקופ כוח אטומי יכול להיות כלי נהדר למטרה זו, אך מוגבל על ידי מהירות ההדמיה שלהם. עבודה זו משתמשת במערכי קנטיליבר פעילים מקבילים ב- AFM כדי לאפשר בדיקות בתפוקה גבוהה ובקנה מידה גדול.

מיקרוסקופ כוח אטומי פעיל של בדיקה עם מערכי קנטיליבר קוואטרו-מקביליים לבדיקת דגימות בקנה מידה גדול בתפוקה גבוהה

חקור את תכונות החומר של מצע סיליקון משובץ C84 באמצעות סימולציות דינמיקה מולקולרית ומיקרוסקופיה סורקת. שיטה זו מאפשרת ניתוח תכונות אלקטרוניות, אופטואלקטרוניות ומכניות בננו-קנה מידה.

גשוש C

גלה סרטונים נוספים