probing C ₈₄ -Embedded Si sottofondo mediante scansione di sonda e microscopia dinamica molecolare

Lo scopo di questo studio è la fabbricazione di un'eterogiunzione di substrato di silicio incorporata in C84 e la successiva analisi per ottenere una comprensione completa delle proprietà elettroniche, optoelettroniche, meccaniche, magnetiche e di emissione di campo dei materiali risultanti. I nanomateriali che ho in forcator sono una tendenza che varia di una rivoluzione dei materiali. Con l'aiuto di un microscopio a sonda sottile saremo in grado di identificare le caratteristiche delle nanostrutture sulle superfici con una risoluzione sufficiente.

Utilizzando la simulazione dinamica molecolare possiamo monitorare il comportamento tipo, dipendente, atomico e meccanico del processo di indentazione. Tutte le simulazioni sono state eseguite con il calcolo parallelo in un supercluster ALPS di NCHC e tutto il lavoro dell'esperimento è stato svolto nel laboratorio di nanoscienze di NCHU. La persona che ha dimostrato le procedure sarà Che-Fu, Pei-Fang, Ya-Chi e Wei-Pin del mio gruppo.

In primo luogo, sottoporre un substrato di silicio 111 a una pulizia che prevede l'applicazione di un solvente seguita da riscaldamento in un sistema ad altissimo vuoto per la rimozione dello strato di ossido e delle impurità dalla superficie del substrato. Per la deposizione di C84 sulla superficie del silicio, preriscaldare un evaporatore Castle con alimentazione esterna attraverso filamenti riscaldanti a 500 gradi Celsius per favorire il degassamento delle impurità. Quindi, carica le nanoparticelle C84 in un contenitore Castle.

Quindi, riscalda resistivamente il Castello a 650 gradi Celsius per vaporizzare le nanoparticelle C84. Ora, fai evaporare le nanoparticelle di C84 in linea retta fino a quando non colpiscono il substrato di silicio attraverso una valvola controllata a una pressione inferiore a cinque volte 10 a meno otto pascal. Successivamente, pre nel silicio ALBA 111 sostato in un sistema di vuoto ultraalto a 900 gradi Celsius per ottenere le strutture una per una.

Ridurre la temperatura a 650 gradi Celsius per 30 minuti per la deposizione delle nanoparticelle C84 sulla superficie del substrato. Nel substrato di silicio ALBA a circa 750 gradi Celsius per 12 ore, durante le quali le nanoparticelle di C84 in polvere si autoassemblano in un raggio di fullerene altamente uniforme sulla superficie del substrato di silicio 111. A questo punto, posizionare il substrato di silicio incorporato in C84 su un supporto per campioni per microscopia a scansione di sonda, o SPM.

Trasferire il campione dalla camera di scambio a una camera di preparazione del campione. Introdurre il supporto in un sistema di testine di scansione UHV-STM e trasferire il campione in una camera di osservazione. Quindi, spazzare la polarizzazione del campione applicata da meno cinque a cinque volt.

Quindi, fare clic sull'elemento di misurazione IV per misurare l'occhio della corrente di tunneling a risoluzione atomica. Per le misurazioni, scegliere almeno 20 posizioni particolari sul substrato di silicio incorporato in C84. Per misurare l'energia della banda proibita ottenere le curve IV come precedentemente descritto dalle superfici indicate nel protocollo di testo.

Successivamente, posizionare il substrato di silicio incorporato in C84 su un portacampioni a emissione di campo, o FE. Inserire il supporto nella camera di analisi FE. Quindi, evacuare la camera a una pressione di circa cinque volte 10 fino a meno 5 pascal per la misurazione FE.

Aumentare manualmente la tensione applicata sul substrato da 100 a 1, 100 volt. Misurare la corrente di emissione di campo corrispondente in funzione della tensione applicata utilizzando un'unità di misura della sorgente ad alta tensione con un amplificatore di corrente. A questo punto, posizionare il substrato di prova al centro del vano campione di un sistema di misurazione dell'emissione ottica.

Quindi, focalizzare una sorgente laser elio-cadmio con emissioni di 325 nanometri. Dopo aver impostato lo spettrometro, acquisire lo spettro di fotoluminescenza raccogliendo e analizzando i fotoni emettitori. Magnetizzare i campioni del substrato di silicio incorporato in C84 prima della spettroscopia di forza magnetica, o misure MFM, applicando un magnete con un'intensità di campo di circa 2 kilo oersted.

Dopo aver posizionato il campione magnetizzato sullo stadio del campione MFM, osservare la microstruttura del fullerene nel dominio magnetico incorporato all'interno del substrato di silicio utilizzando MFM in modalità lift con l'applicazione di magnetizzazione perpendicolare alla superficie del campione. Successivamente, magnetizzare campioni del substrato di silicio incorporato in C84 e cluster di C84 sul substrato di silicio incorporato in C84 prima degli esperimenti SQUID applicando un magnete con un'intensità di campo di circa 2 kilo oersted. Posizionare il campione magnetizzato nello SQUID.

Quindi, applicare un campo magnetico ampio in un intervallo di circa 2 kilo oersted. Ottenere i circuiti di magnetizzazione tracciati rispetto al campo magnetico esterno nelle misure SQUID a temperatura ambiente. Per misurare la rigidità del substrato di silicio incorporato in C84, posizionare prima uno dei substrati su un AFM, o microscopio atomico, stadio del campione.

Successivamente, ottenere misurazioni della forza in condizioni atmosferiche dai substrati di silicio appropriati. Ottenere le misurazioni della forza come descritto in precedenza utilizzando l'AFM e un sistema UHV dai substrati di silicio appropriati. Per preparare il substrato di silicio, attivare il software OSSD.

Fare clic sul pulsante di ricerca per visualizzare il pannello dei criteri di ricerca. Scegli il substrato di silicio, il tipo elementare, la struttura ricostruita, l'elettrodomestico semiconduttore, il reticolo di diamante, la faccia 111 e il modello sette per sette. Quindi fare clic sui pulsanti cerca e accetta per visualizzare il pannello dell'elenco delle strutture.

Fare clic sulla superficie di silicio 111 della struttura desiderata sette per sette. Ora, fai clic sul pulsante del file e salva il file di coordinamento come file xyz. Quindi, accendi il software Ovito, carica il file xyz nel software e usa il comando slice per catturare una super cella della struttura superficiale del silicio 111 sette per sette con la dimensione appropriata, 26,878 per 46,554 angstrom al quadrato nelle direzioni X e Y.

Utilizzare il comando di simulazione cella per regolare le dimensioni della cella nelle direzioni X e Y e spostare la cella al punto di origine zero. Utilizzare la trasformazione affine e fare clic su Trasforma matrice per spostare gli angstrom del modello 5.714 nella direzione normale. Usa il comando slice per tagliare lo strato atomico più in basso nella direzione normale.

Esportare il file di dati con il formato LAMMPS. Con il formato di file di dati LAMMPS, il confine della cella sarà definito. Ricarica i dati con il formato LAMMPS in Ovito.

Utilizzare il comando di avvolgimento ai limiti periodici per riorganizzare la struttura all'interno della cella. Utilizzare la trasformazione affine e fare clic su Trasforma matrice per spostare gli angstrom del modello 84.6 nella direzione normale. Utilizzare il comando di simulazione cella per regolare la dimensione della cella di 150 angstrom nella direzione Z.

Esportare il file di dati con il formato LAMMPS. Ricarica i dati in Ovito. Utilizzare mostra immagini periodiche per duplicare una super cella cinque per tre nelle direzioni X e Y per ingrandire le dimensioni del substrato.

Esportare il file di dati con il formato LAMMPS. Dopo aver preparato un file di coordinazione della super cella al silicio 111 con le dimensioni appropriate, caricare i dati in Ovito. Utilizzare mostra immagini periodiche per duplicare una super cella cinque per tre per otto nelle direzioni X, Y e Z per ingrandire le dimensioni del substrato.

Utilizzare la trasformazione affine e selezionare la matrice di trasformazione per spostare il modello al punto di origine nella direzione Z 37.6184 angstrom. Esportare il file di dati con il formato LAMMPS. Combina i file di dati dei modelli di superficie sette per sette in silicio 111 e del substrato in silicio 111 utilizzando un editor di testo.

Il modello di substrato sette per sette in silicio 111 è pronto. Per preparare il fullerene C84 monostrato, scaricare dal web il file di coordinazione del fullerene C84. Usa un programma fatto in casa per duplicare sette per sette fullereni C84 disposti in una struttura a nido d'ape.

Successivamente, utilizzare un programma fatto in casa per stendere il monostrato C84 sulla superficie del silicio 111 sette per sette con la distanza di tre angstrom. Utilizzare il comando load data per caricare il modello di simulazione nello script LAMMPS. Quindi, imposta la regione e crea comandi atomici per creare una sonda sferica a cinque nanometri.

Infine, preparare uno script di input di LAMMPS per la simulazione dell'indentazione e calcolare le proprietà meccaniche di dettaglio. Un monostrato di molecole di C84 su una superficie disordinata di silicio 111 è stato fabbricato utilizzando un processo di autoassemblaggio controllato e una serie di immagini topografiche misurate da UHV-STM con vari gradi di copertura sono mostrate qui. Le proprietà elettroniche e ottiche del substrato di silicio incorporato in C84 sono state studiate utilizzando tecniche di analisi STM e fotoluminescenza.

Le eccellenti proprietà dei materiali dei campioni dimostrano come la nanotecnologia possa essere utilizzata per il controllo della materia su scala atomica e nanometrica. I risultati di MFM e SQUID mostrano il magnetismo superficiale del substrato incorporato in C84. I risultati UHV-AFM dimostrano il potenziale del substrato di silicio incorporato in C84 come alternativa al carburo semiconduttore nei dispositivi nanoelettronici per applicazioni ad alta temperatura, alta potenza e alta frequenza.

Così come nei sistemi magnetici e microelettromeccanici. Il processo di simulazione dinamica molecolare sulla nanoindentazione del substrato incorporato in C84 è mostrato qui. Le proprietà meccaniche del substrato incorporato nel fullerene sono mostrate qui.

Le istantanee corrispondenti in funzione della profondità di indentazione possono essere visualizzate qui. I risultati della forza di indentazione in funzione della profondità di indentazione vengono utilizzati per calcolare la durezza, il modulo ridotto e la rigidità al rigonfiamento del monostrato C84. È ora una percezione popolare che un nanomateriale porterà a uno sviluppo applicabile nella scienza e nelle tecnologie a causa dell'unità di strato delle proprietà chimiche, fisiche e meccaniche.

Con un solo monostrato di fullerene le proprietà del substrato di silicio possono essere modificate drasticamente. Nel nostro studio, il substrato di silicio incorporato nel fullerene ha un bordo ondulato, buone proprietà di emissione del carburante e un'elevata resistenza, ed è anche il fullerene magnetico. Credo che i substrati proposti avranno prestazioni migliori in un'applicazione più ampia nella nanotecnologia.

Dopo aver visto questo video dovresti avere una buona comprensione di come eseguire esperimenti e simulazioni per il magnetismo superficiale. La dimostrazione di queste tecniche complete aprirà la strada ai ricercatori per esplorare le proprietà fondamentali dei materiali.