Name: probing C 84 -Embedded Si sottofondo mediante scansione di sonda e microscopia dinamica molecolare (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-28T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 58 s
Description: Esplora la fabbricazione di un eterogiunzione C84-silicio e le sue proprietà elettroniche mediante simulazioni di dinamica molecolare e nanomisurazioni. Questo metodo avanzato consente di caratterizzare nanostrutture per applicazioni in nanoelettronica.

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Gli autori desiderano ringraziare il Ministero della Scienza e della Tecnologia di Taiwan, per il loro sostegno finanziario a questa ricerca nell'ambito dei contratti n. MOST-102-2923-E-492- 001-MY3 (W. J. Lee) e NSC-102- 2112-M-005-003-MY3 (M. S. Ho). Si ringrazia anche il sostegno dell'High-performance Computing di Taiwan nel fornire enormi risorse informatiche per facilitare questa ricerca.

<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: 
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<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>
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<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>
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</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

<html> In questo studio, dimostriamo la fabbricazione di un monostrato auto-assemblato di C 84 su un substrato di Si attraverso un processo di ricottura novel (Figura 1). Questo processo può anche essere utilizzato per preparare altri tipi di substrati semiconduttori nanoparticelle embedded. La C 84 -Embedded substrato di Si è stato caratterizzato su scala atomica usando UHV-STM (figura 2), campo spettrometro di emissione, spettroscopia foto-luminescenza, MFM e SQUI...

Molecole di fullerene e materiali compositi che li compongono si distinguono tra i nanomateriali a causa delle loro caratteristiche strutturali eccellenti, conduttività elettronica, resistenza meccanica e le proprietà chimiche 1-4. Questi materiali hanno dimostrato estremamente utile in una vasta gamma di settori, quali l&#39;elettronica, computer, la tecnologia delle celle a combustibile, celle solari, e la tecnologia ad emissione di campo 5,6. Tra questi materiali, carburo di silicio (SiC) compositi nanoparticelle hanno ricevuto particolare attenzione grazie alla loro gap banda larga, alta conducibilità termica e stabilità, alta capacità guasto elettrico, e inerzia chimica. Questi benefici sono particolarmente evidenti nei dispositivi optoelettronici, transistor metallo-ossido-semiconduttore a effetto di campo (MOSFET), diodi emettitori di luce (LED), e ad alta potenza, alta frequenza, e le applicazioni ad alta temperatura. Tuttavia, difetti alta densità comunemente osservati sulla superficie Conventicarburo di silicio onale può avere effetti negativi sulla struttura elettronica, anche portando al fallimento dispositivo 7,8. Nonostante il fatto che l&#39;applicazione di SiC è stata studiata dal 1960, questo particolare problema irrisolto rimane. Lo scopo di questo studio è stato la realizzazione di un C 84 -Embedded Si substrato eterogiunzione e successiva analisi per ottenere una comprensione completa delle proprietà elettroniche, optoelettroniche, meccanico, magnetico, e sul campo di emissione dei materiali di risulta. Abbiamo anche affrontato la questione della usando la simulazione numerica per predire le caratteristiche dei nanomateriali, attraverso la nuova applicazione di calcoli di dinamica molecolare.

<table><tbody><tr><td>Wafer</td><td></td><td></td> di silicio <td>Si(111). Tipo/drogante: P/Boro; Resistività: 0,05-0,1 Ohm&#183; cm</td></tr><tr><td>Carbonio, C84</td><td>Legend Star</td><td></td><td>C84 polvere, 98%</td></tr><tr><td>Acido cloridrico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>84422</td><td>RCA, 37%</td></tr><tr><td>Ammonio</td><td>Choneye Pure Chemical</td><td></td><td>RCA, 25%</td></tr><tr><td>Perossido di idrogeno</td><td>Choneye Pure Chemical</td><td></td><td>RCA, 35%</td></tr><tr><td>Azoto</td><td>Ni Ni Aria</td><td></td><td>flacone ad alta pressione, 95%</td></tr><tr><td>Tungsteno</td><td>Nilaco</td><td>filo 461327</td><td>, diametro 0,3 mm, punta</td></tr><tr><td>Idrossido di sodio</td><td>UCW</td><td>85765</td><td>mordenzatura Filo di tungsteno per punta</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Marcon Fine Chemicals</td><td>99920</td><td>adatto per cromatografia liquida e spettrofotometria UV</td></tr><tr><td>Metanolo</td><td>Marcon Fine Chemicals</td><td>64837</td><td>adatto per cromatografia liquida e Spettrofotometria UV</td></tr><tr><td>UHV-SPM</td><td>JEOL Ltd</td><td>JSPM-4500A</td><td>Microscopio a scansione a effetto tunnel ad altissimo vuoto e microscopio a forza atomica ad altissimo vuoto</td></tr><tr><td>Alimentatore</td><td>Keithley</td><td>237</td> Unità <td>di misura della sorgente ad alta tensione</td></tr><tr><td>SQUID</td><td>Quantum desigh</td><td>MPMS-7</td><td>Intensità del campo magnetico: &plusmn; 7.0 Tesla, Intervallo di temperatura: 2&#8211; 400 K, Gamma di dipoli magnetici: 5&nbsp; &volte; &nbsp; 10-7 &#8211; 300 emu</td></tr><tr><td>ALPS</td><td>National Center for High-performance Computing, Taiwan</td><td></td><td>Advanced Large-scale Parallel Supercluster, 177 Tflops; 25.600 core CPU; 73.728 GB di RAM; 1.074 TB di storage</td></tr></tbody></table>

probing c<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded si sottofondo mediante scansione di sonda e microscopia dinamica molecolare

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

Questo documento riporta una serie progettata C 84 -Embedded substrato di Si fabbricati utilizzando un metodo di auto-assemblaggio controllato in una camera a vuoto ultra-alta. Le caratteristiche del 84 C -Embedded superficie di Si, come la topografia atomico risoluzione, densità elettronica locale degli stati, energia band gap, proprietà di emissione di campo, nanomeccanico rigidità, e il magnetismo di superficie, sono stati esaminati usando una varietà di tecniche di analisi di superficie sotto ultra, alto vuoto (UHV) le condizioni nonché in un sistema atmosferico. I risultati sperimentali dimostrano l&#39;uniformità del 84 C -Embedded Si superficie fabbricati usando un meccanismo di auto-assemblaggio nanotecnologie controllato, rappresenta un importante sviluppo nell&#39;applicazione del Display ad emissione di campo (FED), dispositivo opto fabbricazione, MEMS utensili da taglio, e negli sforzi per trovare un sostituto adatto per i semiconduttori in metallo duro. Metodo di dinamica molecolare (MD) con un potenziale semi-empirica può be utilizzato per studiare la nanoindentazione di C 84 -Embedded substrato di Si. Una descrizione dettagliata per eseguire la simulazione MD è presentato qui. Dettagli per uno studio completo sulla analisi meccanica di simulazione MD, come forza di rientro, il modulo di Young, la rigidità di superficie, lo stress atomica, e la tensione atomica sono inclusi. Le atomiche di tensione e deformazione von Mises-distribuzioni del modello rientro possono essere calcolati per monitorare il meccanismo di deformazione con valutazione del tempo a livello atomistico.

Un monostrato di C 84 molecole su una superficie (111) disordinata Si è stato fabbricato usando un processo di auto-assemblaggio controllato in una camera UHV figura 1 mostra una serie di immagini topografiche misurati mediante UHV-STM con vari gradi di copertura:. (A) 0,01 ML, (b) 0,2 ML, (c) 0,7 ML, e (d) 0,9 ML. Le proprietà elettroniche e ottiche del substrato di Si incorporato C 84 sono stati studiati utilizzando una varietà di tecniche di analisi di superficie, come STM e PL ...

Questo articolo riporta la fabbricazione di nanomateriali di un substrato di Si fullerene ispezionato e verificato mediante nanomisurazioni e simulazione dinamica molecolare.

probing C<sub&gt; 84</sub&gt; -Embedded Si sottofondo mediante scansione di sonda e microscopia dinamica molecolare

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

Lo scopo di questo studio è la fabbricazione di un'eterogiunzione a base di silicio con C84 incorporato e l'analisi successiva per ottenere una comprensione completa delle proprietà elettroniche, optoelettroniche, meccaniche, magnetiche ed emissive di campo dei materiali risultanti. I nanomateriali che ho nel forcatore rappresentano una tendenza in continua evoluzione della rivoluzione dei materiali. Con l'aiuto di un microscopio a sonda fine saremo in grado di identificare le caratteristiche delle nanostrutture sulle superfici con risoluzione sufficiente e adeguata.Mediante simulazioni di dinamica molecolare, possiamo monitorare il tipo, la dipendenza, il comportamento atomico e meccanico del processo di indentazione. Tutte le simulazioni sono state eseguite mediante calcolo parallelo su un supercluster ALPS del NCHC e tutti i lavori sperimentali sono stati svolti nel laboratorio di nanoscienze della NCHU. Le persone che hanno dimostrato le procedure saranno Che-Fu, Pei-Fang, Ya-Chi e Wei-Pin del mio gruppo.Per prima cosa, sottoporre un substrato di silicio 111 a un processo di pulizia che prevede l'applicazione di un solvente seguita dal riscaldamento in un sistema a vuoto ultras

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Spettroscopia capacitanza singolo elettrone-scanning probe facilita lo studio del moto a singolo elettrone in regioni localizzate sottosuolo. Un circuito di carica-rivelazione sensibile è integrato in una sonda criogenica scansione microscopio per indagare piccoli sistemi di atomi di drogante sotto la superficie dei campioni semiconduttori.

Scansione-sonda a singolo elettrone Capacità Spettroscopia

I cellulosomi sono complessi multienzimatici progettati per digerire la cellulosa. La SMFS basata su AFM è stata utilizzata per studiare le proprietà meccaniche e la configurazione di ripiegamento degli assemblaggi proteici associati al cellulosoma. Presentiamo un flusso di lavoro completo per l'immobilizzazione delle proteine, l'acquisizione e l'analisi dei dati per studiare le interazioni dei singoli complessi recettore-ligando coinvolti nell'assemblaggio del cellulosoma.

Indagare Sistemi recettore-ligando del Cellulosome con sede a AFM singola molecola di Forza Spettroscopia

Viene presentato un protocollo per accoppiare covalentemente una grande varietà di singole molecole su una punta AFM. Vengono fornite procedure ed esempi per determinare la forza di adesione e l'energia libera di queste molecole su supporti solidi e bio-interfacce.

Indagare singola molecola di adesione da Atomic Spectroscopy Forza

Dimostriamo la manipolazione precisa di singole molecole organiche su una superficie metallica con la punta di un microscopio a scansione di sonda guidato in 3D dalla mano dello sperimentatore utilizzando un sistema di motion capture e occhiali per realtà virtuale completamente immersiva.

A mano controllata manipolazione di singole molecole attraverso un microscopio a scansione di sonda con una realtà virtuale 3D

Qui presentiamo un protocollo per wide area scansione sonda nanolitografia attivata per l'allineamento iterativo di sonda matrici, come pure l'utilizzo di modelli litografici per studi di interazione della cellula-superficie.

Grande area scansione sonda nanolitografia nei paraggi allineamento automatico e sua applicazione alla fabbricazione di substrato per gli studi della coltura delle cellule

Qui, presentiamo un protocollo per studiare la struttura e la dinamica di acqua interfaccia su scala atomica, in termini di risoluzione submolecular imaging, manipolazione molecolare e spettroscopia vibrazionale singolo-legame.

La struttura e la dinamica di acqua interfaccia con Tunneling di microscopia e spettroscopia di sondaggio

Qui, presentiamo un protocollo per caratterizzare le particelle nucleosoma a livello di singola molecola tramite microscopia a forza atomica statico e time-lapse (AFM) tecniche di imaging. Il metodo di funzionalizzazione superficiale descritto consente per la cattura della struttura e dinamica dei nucleosomi in alta risoluzione nanometrica.

La struttura e la dinamica dei nucleosomi usando la formazione immagine di microscopia di forza atomica di sondaggio

Descriviamo l'applicazione della nanospettroscopia a infrarossi e della microscopia a forza atomica ad alta risoluzione per visualizzare il processo di autoassemblaggio delle proteine in aggregati oligomerici e fibrille amiloidi, che è strettamente associato all'insorgenza e allo sviluppo di una vasta gamma di disturbi neurodegenerativi umani.

Caratterizzazione degli aggregati proteici individuali mediante nanospettroscopia a infrarossi e microscopia a forza atomica

La microscopia a forza atomica (AFM) combinata con la microscopia elettrochimica a scansione (SECM), vale a dire, AFM-SECM, può essere utilizzata per acquisire simultaneamente informazioni topografiche ed elettrochimiche ad alta risoluzione sulle superfici dei materiali su scala nanometrica. Tali informazioni sono fondamentali per comprendere proprietà eterogenee (ad esempio, reattività, difetti e siti di reazione) su superfici locali di nanomateriali, elettrodi e biomateriali.

Sondare l'attività elettrochimica superficiale dei nanomateriali utilizzando un microscopio elettrochimico a scansione microscopia a forza atomica ibrida (AFM-SECM)

Una combinazione di sintesi assistita da soluzione e da superficie apre nuove direzioni nella sintesi atomicamente precisa delle nanostrutture. La microscopia a scansione a effetto tunnel (STM) integrata dalla microscopia a forza atomica senza contatto (nc-AFM) consente la caratterizzazione dettagliata di nano-oggetti a base di carbonio di nuova concezione e generati.

Visualizzazione microscopica di nanografeni porosi sintetizzati attraverso una combinazione di soluzione e chimica superficiale

L'ispezione di campioni su larga scala con risoluzione su scala nanometrica ha un'ampia gamma di applicazioni, in particolare per i wafer semiconduttori nanofabbricati. I microscopi a forza atomica possono essere un ottimo strumento per questo scopo, ma sono limitati dalla loro velocità di imaging. Questo lavoro utilizza array a sbalzo attivi paralleli in AFM per consentire ispezioni ad alta produttività e su larga scala.

Microscopia a forza atomica con sonda attiva con array a sbalzo Quattro-Parallel per l'ispezione di campioni su larga scala ad alta produttività

Esplora la fabbricazione di un eterogiunzione C84-silicio e le sue proprietà elettroniche mediante simulazioni di dinamica molecolare e nanomisurazioni. Questo metodo avanzato consente di caratterizzare nanostrutture per applicazioni in nanoelettronica.

probing C

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