Cプロービング ₈₄走査型プローブ顕微鏡および分子動力学を用いたSi基板を-embedded

この研究の目的は、C84に埋め込まれたシリコン基板ヘテロ接合の作製とその後の解析により、得られる材料の電子的、光電子的、機械的、磁気的、および電界放出特性を包括的に理解することです。私がForcatorで持っているナノマテリアルは、材料革命のさまざまなトレンドです。スキニープローブ顕微鏡の助けを借りて、表面上のナノ構造の特性を十分かつ分解能で特定することができます。

分子動力学シミュレーションを使用して、インデンテーションプロセスのタイプ、依存性、原子性、および機械的挙動を監視できます。すべてのシミュレーションは、NCHCの超クラスターALPSで並列計算で行われ、すべての実験作業はNCHUのナノサイエンスラボで行われました。手順を実演したのは、私のグループのChe-Fu、Pei-Fang、Ya-Chi、Wei-Pinです。

まず、シリコン111基板を洗浄し、溶媒を塗布した後、超高真空システムで加熱して基板の表面から酸化物層および不純物を除去する。シリコン表面にC84を堆積させるには、外部電源を備えたキャッスルエバポレーターをフィラメントを500°Cに加熱して予熱し、不純物のガス放出を促進します。次に、C84ナノ粒子をCastleコンテナにロードします。

次に、キャッスルを抵抗的に摂氏650度に加熱して、C84ナノ粒子を気化させます。次に、C84ナノ粒子を直線的に蒸発させ、制御されたバルブを介してシリコン基板に衝突し、10の5倍からマイナス8パスカル未満の圧力でシリコン基板にぶつかります。これに続いて、ALBAシリコン111を900°Cの超高真空システムで置換し、1つずつ構造を取得します。

温度を摂氏650度に30分間下げて、基板の表面にC84ナノ粒子を沈着させます。ALBAシリコン基板内で摂氏約750度で12時間、その間に粉末状のC84ナノ粒子が自己組織化してシリコン111基板の表面上に高度に均一なフラーレン線を形成します。この時点で、C84 に埋め込まれたシリコン基板を走査型プローブ顕微鏡 (SPM) サンプルホルダーに置きます。

交換チャンバーからサンプル調製チャンバーにサンプルを移します。ホルダーをUHV-STMスキャニングヘッドシステムに入れ、サンプルを観察チャンバーに移します。次に、適用されたサンプルバイアスをマイナス5ボルトから5ボルトまでスイープします。

次に、IV測定項目をクリックして、トンネル電流アイを原子分解能で測定します。測定のために、C84に埋め込まれたシリコン基板上の少なくとも20の特定の場所を選択します。バンドギャップエネルギーを測定するには、テキストプロトコルで示された表面から、前に説明したようにIV曲線を取得します。

その後、C84に埋め込まれたシリコン基板を電界放出(FE)サンプルホルダーに置きます。ホルダーをFE分析チャンバーに挿入します。次に、FE測定のためにチャンバーを約5×10〜マイナス5パスカルの圧力に排気します。

基板に印加される電圧を手動で100ボルトから1, 100ボルトに増やします。電流増幅器を備えた高電圧源測定ユニットを使用して、印加電圧の関数として対応する電界放出電流を測定します。次に、試験基板を発光測定システムのサンプルコンパートメントの中央に置きます。

次に、325ナノメートルの放射でヘリウムカドミウムレーザー光源を集束させます。分光器のセットアップ後、放出された光子を収集して分析することにより、フォトルミネッセンススペクトルを取得します。磁力分光法(MFM測定)の前に、磁場強度が約2キロエルステッドの磁石を印加して、C84に埋め込まれたシリコン基板のサンプルを磁化します。

磁化した試料をMFM試料ステージに載せた後、試料表面に対して垂直な磁化を印加したリフトモードのMFMを用いて、シリコン基板内に埋め込まれた磁区内のフラーレンの微細構造を観察します。その後、C84を包埋したシリコン基板とC84を包埋したシリコン基板上のC84クラスターを、約2キロエルステッドの電界強度を持つ磁石を印加してSQUID実験に先立って磁化します。磁化したサンプルをSQUIDに入れます。

次に、約2キロエルステッドの範囲で掃引磁場を印加します。室温でのSQUID測定で外部磁場に対してプロットされた磁化ループを取得します。C84に埋め込まれたシリコン基板の剛性を測定するには、まず基板の1つをAFM(原子顕微鏡)サンプルステージに置きます。

次に、適切なシリコン基板から大気条件下での力測定を行います。適切なシリコン基板から、AFMおよびUHVシステムを使用して、前述の力測定を行います。シリコン基板を準備するには、OSSDソフトウェアの電源を入れます。

検索ボタンをクリックすると、検索条件パネルが表示されます。シリコン基板、元素タイプ、再構築構造、半導体電子、ダイヤモンド格子、111面、7×7パターンを選択します。次に、検索ボタンと承認ボタンをクリックして、構造リストパネルを表示します。

所望の構造シリコン111を7×7面にクリックする。次に、[ファイル]ボタンをクリックして、コーディネーションファイルをxyzファイルとして保存します。次に、Ovitoソフトウェアをオンにし、xyzファイルをソフトウェアにロードし、sliceコマンドを使用して、シリコン111のスーパーセルを適切なサイズ、X方向とY方向に26.878 x 46.554オングストロームの2乗で7×7の表面構造でキャプチャします。

simulation cell コマンドを使用して、X 方向と Y 方向のセル サイズを調整し、セルを原点 0 にシフトします。アフィン変換を使用し、変換行列をクリックして、モデル 5.714 オングストロームを法線方向にシフトします。sliceコマンドを使用して、最下部の原子層を法線方向にカットします。

データファイルをLAMMPS形式でエクスポートします。LAMMPSデータファイル形式では、セル境界が定義されます。LAMMPS形式のデータをOvitoにリロードします。

[周期的な境界でラップ] コマンドを使用して、セル内の構造を再配置します。アフィン変換を使用し、変換行列をクリックして、モデルを 84.6 オングストロームで法線方向にシフトします。simulation cellコマンドを使用して、セルサイズをZ方向に150オングストローム調整します。

データファイルをLAMMPS形式でエクスポートします。データをOvitoに再読み込みします。Show Periodic Imagesを使用して、X方向とY方向に5 x 3のスーパーセルを複製し、基板のサイズを拡大します。

データファイルをLAMMPS形式でエクスポートします。適切なサイズのシリコン111スーパーセルのコーディネーションファイルを用意した後、データをOvitoにロードします。「周期的イメージの表示」を使用して、5 x 3 x 8 のスーパーセルを X、Y、Z 方向に複製し、基板のサイズを拡大します。

アフィン変換を使用し、変換行列を選択して、モデルを Z 方向 37.6184 オングストロームの原点にシフトします。データファイルをLAMMPS形式でエクスポートします。テキストエディタを使用して、シリコン111の7×7の表面とシリコン111基板モデルのデータファイルを組み合わせます。

シリコン 111 の 7 x 7 基板モデルが準備完了です。C84フラーレン単層を調製するには、WebからC84フラーレンのコーディネーションファイルをダウンロードします。自家製のプログラムを使用して、ハニカム構造に配置された7×7のC84フラーレンを複製します。

次に、自家製のプログラムを使用して、C84単層をシリコン111上に7×7の表面に3オングストロームの距離で置きます。load data コマンドを使用して、LAMMPS スクリプトでシミュレーション モデルを読み込みます。次に、領域を設定し、原子コマンドを作成して、5ナノメートルの球状プローブを作成します。

最後に、インデンテーションシミュレーション用のLAMMPSの入力スクリプトを準備し、詳細な機械的特性を計算します。無秩序なシリコン111表面上のC84分子の単層を制御された自己組織化プロセスを用いて作製し、UHV-STMによって様々なカバレッジで測定された一連のトポグラフィー画像をここに示している。C84を埋め込んだシリコン基板の電子的および光学的特性を、STMおよびフォトルミネッセンス分析技術を用いて調査しました。

サンプルの優れた材料特性は、ナノテクノロジーが原子およびナノスケールでの物質の制御にどのように使用できるかを示しています。MFMとSQUIDの結果は、C84埋め込み基板の表面磁性を示しています。UHV-AFMの結果は、高温、高出力、高周波アプリケーション向けのナノエレクトロニクスデバイスにおける半導体カーバイドの代替として、C84に埋め込まれたシリコン基板の可能性を示しています。

磁気および微小電気機械システムにおいても同様です。ここでは、C84包埋基板のナノインデンテーションにおける分子動力学シミュレーションの過程を示します。ここでは、フラーレン包埋基板の機械的特性を示します。

インデントの深さの関数として対応するスナップショットは、ここで見ることができます。押し込み深さの関数としての押し込み力の結果は、C84単層の硬度、減少弾性率、および膨満化剛性を計算するために使用されます。ナノ材料は、化学的、物理的、および機械的特性の層単位のために、科学と技術に適用可能な発展をもたらすと今では一般的な認識です。

フラーレンの単層が1つだけで、シリコン基板の特性を劇的に変化させることができます。私たちの研究では、フラーレン埋め込みシリコン基板は、波状エッジ、良好な燃料放出特性、および高強度を持ち、フラーレン磁性もあります。私たちが提案する基板は、ナノテクノロジーのより広範な用途でより優れた性能を発揮すると信じています。

このビデオを見れば、表面磁気の実験とシミュレーションの方法について十分に理解できるはずです。これらの包括的な技術の実証は、研究者が材料の基本特性を探求する道を開くでしょう。