Sondowanie podłoża krzemowego osadzonego w C84 przy użyciu mikroskopii z sondą skaningową i dynamiki molekularnej

Summary

Ten artykuł opisuje wytwarzanie nanomateriałów z substratu fulerenu Si, które zostało sprawdzone i zweryfikowane za pomocą nanopomiarów i symulacji dynamiki molekularnej.

Abstract

Ten artykuł opisuje zaprojektowany przez matrycę substrat Si osadzony w C₈₄, wyprodukowany przy użyciu kontrolowanej metody samomontażu w komorze ultra-wysokiej próżni. Charakterystyki powierzchni krzemu osadzonej w C₈₄, takie jak topografia rozdzielczości atomowej, lokalna gęstość elektronowa stanów, energia przerwy energetycznej, właściwości emisji pola, sztywność nanomechaniczna i magnetyzm powierzchniowy, zostały zbadane przy użyciu różnych technik analizy powierzchni w warunkach ultra wysokiej próżni (UHV), a także w systemie atmosferycznym. Wyniki eksperymentalne wskazują na wysoką jednorodność powierzchni krzemu osadzonego w C₈₄, wytworzonej przy użyciu kontrolowanego mechanizmu nanotechnologii samoorganizacji, co stanowi ważny postęp w zastosowaniu wyświetlacza emisji pola (FED), produkcji urządzeń optoelektronicznych, narzędzi skrawających MEMS oraz w wysiłkach na rzecz znalezienia odpowiedniego zamiennika dla półprzewodników z węglików spiekanych. Metoda dynamiki molekularnej (MD) o potencjale półempirycznym może być wykorzystana do badania nanoindentacji substratu Si osadzonego w C₈₄. Szczegółowy opis wykonywania symulacji MD znajduje się tutaj. Zamieszczono szczegółowe informacje na temat kompleksowego badania nad analizą mechaniczną symulacji MD, takie jak siła wcięcia, moduł Younga, sztywność powierzchni, naprężenie atomowe i odkształcenie atomowe. Naprężenia atomowe i rozkłady odkształceń von-Misesa w modelu wcięć można obliczyć w celu monitorowania mechanizmu deformacji z oceną czasu na poziomie atomowym.

Introduction

Cząsteczki fulerenu i materiały kompozytowe, które zawierają, wyróżniają się wśród nanomateriałów doskonałymi właściwościami strukturalnymi, przewodnością elektronową, wytrzymałością mechaniczną i właściwościami chemicznymi^1-4. Materiały te okazały się bardzo korzystne w wielu dziedzinach, takich jak elektronika, komputery, technologia ogniw paliwowych, ogniwa słoneczne i technologia emisji w terenie^5,6.

Wśród tych materiałów, kompozyty nanocząsteczkowe z węglika krzemu (SiC) zyskały szczególną uwagę dzięki swojej szerokiej przerwie energetycznej, wysokiej przewodności cieplnej i stabilności, wysokiej zdolności do przebicia elektrycznego i obojętności chemicznej. Korzyści te są szczególnie widoczne w urządzeniach optoelektronicznych, tranzystorach polowych (MOSFET), diodach elektroluminescencyjnych (LED) oraz zastosowaniach o dużej mocy, wysokiej częstotliwości i wysokich temperaturach. Jednak defekty o dużej gęstości powszechnie obserwowane na powierzchni konwencjonalnego węglika krzemu mogą mieć szkodliwy wpływ na strukturę elektronową, prowadząc nawet do awarii urządzenia^7,8. Pomimo tego, że zastosowanie SiC jest badane od 1960 roku, ten konkretny problem pozostaje nierozwiązany.

Celem tego badania było wytworzenie heterozłącza Si z osadzonym w C₈₄ substratem i późniejsza analiza, aby uzyskać kompleksowe zrozumienie właściwości emisji elektronicznej, optoelektronicznej, mechanicznej, magnetycznej i pola powstających materiałów. Poruszyliśmy również kwestię wykorzystania symulacji numerycznej do przewidywania charakterystyki nanomateriałów poprzez nowatorskie zastosowanie obliczeń dynamiki molekularnej.

Protocol

UWAGA: Artykuł przedstawia metody używane do tworzenia samoorganizującego się układu fulerenów na powierzchni podłoża półprzewodnikowego. W szczególności przedstawiamy nowatorską metodę przygotowania substratu krzemowego zatopionego w fulerenie do stosowania jako emiter pola lub substrat w systemach mikroelektromechanicznych (MEMS) oraz urządzeniach optoelektronicznych w zastosowaniach wysokotemperaturowych, dużej mocy, a także w urządzeniach wysokiej częstotliwości^9-13.

1. Wykonanie sześciokątnej warstwy wierzchniej C₈₄ na podłożu Si

1. Przygotować czyste podłoże Si(111)
   1. Poddaj podłoże Si czyszczeniu RCA (Radio Corporation of America), polegającemu na zastosowaniu rozpuszczalnika, a następnie podgrzaniu w systemie ultra wysokiej próżni w celu usunięcia warstwy tlenku i zanieczyszczeń z powierzchni podłoża (patrz materiał nośny).
      UWAGA: W niniejszym dokumencie termin "system wysokiej próżni UHV-ultra" odnosi się do próżni poniżej 1 x ^10-8 Pa stosowanej do przygotowania krzemu(111).
2. Osadzanie C₈₄ na powierzchni krzemu metodą odparowania termicznego w systemie UHV
   1. Podgrzej wstępnie parownik K-cell z zewnętrznym zasilaniem poprzez podgrzanie żarników do 500 °C, aby ułatwić odgazowanie zanieczyszczeń.
   2. Załaduj nanocząstki C₈₄ do pojemnika K-cell. Rezystancyjnie podgrzej ogniwo K do 650 °C. Odparuj nanocząstki C₈₄, gdy nanocząstki C₈₄ w pojemniku tworzą opary. Odparować nanocząstki C₈₄ w liniach prostych, aż nanocząstki uderzą w podłoże Si przez kontrolowany zawór pod ciśnieniem poniżej 5 x ^10-8 Pa.
3. Osadź cząsteczki C₈₄ na powierzchni Si za pomocą mechanizmu samoorganizacji
   1. Podłoże Si(111) do wyżarzania wstępnego w systemie ultra wysokiej próżni w temperaturze 900 °C w celu uzyskania struktur (1x1). Zmniejszyć temperaturę do 650 °C na 30 minut w celu osadzenia nanocząstek C₈₄ na powierzchni podłoża.
   2. Wyżarzać podłoże Si w temperaturze ~750 °C przez 12 godzin, w tym czasie sproszkowane nanocząstki C₈₄ samoorganizują się w wysoce jednorodny układ fulerenowy na powierzchni podłoża Si(111).
      UWAGA: W tym przypadku termin "wysoce jednorodny układ fulerenów" odnosi się do równomiernego rozkładu fulerenu na podłożu, w którym większość nanocząstek jest zorientowana w zwartym układzie prostopadłym do powierzchni podłoża. Taka konfiguracja pomogła zapewnić, że pionowa wysokość układu fulerenów była zasadniczo identyczna we wszystkich próbkach.

2. Pomiary właściwości elektronicznych podłoża Si osadzonego w C₈₄

1. Pomiar lokalnej gęstości elektronowej stanów za pomocą skaningowej mikroskopii tunelowej UHV
   1. Pomiar krzywych I-V określonych atomów za pomocą UHV-SPM
   2. Umieścić podłoże Si osadzone w C₈₄ na uchwycie na próbkę SPM. Wprowadzić uchwyt do systemu głowicy skanującej UHV-STM (skaningowy mikroskop tunelowy). Odchylenie próbki zastosowanej metodą sweep od -5 V do 5 V.
   3. Kliknij na pozycję pomiarową "I-V", aby zmierzyć prąd tunelowy I w rozdzielczości atomowej. Wybierz co najmniej 20 konkretnych miejsc na podłożu Si osadzonym w C₈₄ do pomiarów. Oblicz średnią wartość prądu tunelowania I w 20 poszczególnych lokalizacjach. Wyprowadź I w funkcji napięcia. Wykreśl krzywe I-V.
   4. Obliczyć pochodną I(V) względem V. Przelicz krzywe I-V na dI/dV w funkcji napięcia w celu określenia lokalnego stanu elektronowego podłoża Si osadzonego w C₈₄.
2. Pomiar energii przerwy między pasmami
   1. Otrzymać krzywe I-V zgodnie z procedurami w ppkt 2.1.2 i 2.1.3 z następujących elementów: powierzchnia Si(111)-7x7, powierzchnia Si(111)-1x1, pojedyncze pojedyncze nanocząstki C₈₄ na Si, 7-19 C₈₄ klastry na Si, 20-50 C₈₄ klastry na Si, oraz monowarstwa C₈₄ osadzona w powierzchni Si.
   2. Obliczyć pochodną I(V) względem V. Przelicz krzywe I-V na krzywe dI/dV, aby zmierzyć różnice energii HOMO-LUMO (odniesione do energii przerwy energetycznej) w każdym miejscu pomiaru, jak pokazano na rysunku 2a.
3. Uzyskiwanie właściwości emisji pola (FE)
   1. Umieścić podłoże Si osadzone w C₈₄ na uchwycie na próbkę ES. Włóż uchwyt do studzienki analitycznej ES. Opróżnij komorę do ciśnienia około 5 x ^10-5 Pa w celu pomiaru ES.
      UWAGA: Podłoże krzemowe osadzone w C₈₄ pełniło funkcję katody, a sonda miedziana o polu przekroju poprzecznego ~0,71^mm2 pełniła funkcję anody. Odległość między katodą a anodą wynosiła około 590 μm.
   2. Zwiększ ręcznie przyłożone napięcie na podłożu ze 100 V do 1 100 V. Zmierz odpowiedni prąd emisji pola w funkcji przyłożonego napięcia za pomocą jednostki pomiaru źródła wysokiego napięcia ze wzmacniaczem prądu.
   3. Obliczyć korelację emisji pola Fowlera-Nordheima zgodnie z funkcją pracy ~5 eV, jak pokazano na rysunku 2b.
   4. Współczynnik wzmocnienia pola geometrycznego (β) należy obliczyć w następujący sposób: F(pole) = β(V/d) przy wartości β około 4,383.
   5. Uzyskaj pole przebicia elektrycznego w próżni na podstawie nachylenia logarytmu naturalnego (J/E²) vs (1/E), co dało nam wartość ~4,0 x 10⁶ V/cm dla podłoża Si osadzonego w C₈₄, jak pokazano na rysunku 2c.
4. Właściwości optoelektroniczne
   1. Przenieść podłoże testowe do optycznego systemu pomiaru emisji. Skoncentruj źródło lasera He-Cd o emisji 325 nm na podłożu znajdującym się w środku komory próbki. Ustaw spektrometr w odpowiedniej pozycji. Użyj spektrometru, aby uzyskać widmo fotoluminescencji, zbierając i analizując emitujące fotony. Wynik optoelektroniczny pokazano na rysunku 2d.

3. Pomiary magnetyzmu powierzchniowego

1. Uzyskać topografię MFM (mikroskopia sił magnetycznych).
   1. Namagnesuj próbki Si osadzonego w C₈₄ przed pomiarami MFM, przykładając magnes o natężeniu pola około 2 kOe.
   2. Umieść namagnesowaną próbkę na stoliku na próbki MFM. Kliknij pozycję "Uzyskaj topografię MFM". Obserwować mikrostrukturę fulerenu w domenie magnetycznej osadzonej w podłożu Si za pomocą MFM w trybie podnoszenia z zastosowaniem namagnesowania prostopadłego do powierzchni próbki.
   3. Do pomiarów MFM należy użyć wspornika PPP-MFMR w skali nano (rysunek 3a). Określ magnetyzm powierzchniowy, jeśli topografia MFM wydaje się ciemniejsza (jaśniejsza), gdy moment magnetyczny końcówki jest w tym samym (przeciwnym) kierunku co moment podłoża.
2. Pomiar SQUID (nadprzewodzące urządzenie do interferencji kwantowej)
   1. Przygotować monowarstwę podłoża Si osadzonego w C₈₄ i klastrów C₈₄ na podłożu Si osadzonym w C₈₄.
   2. Namagnesuj próbki klastrów Si i C₈₄ osadzonych w C₈₄ na podłożu Si osadzonym w C₈₄ przed eksperymentami SQUID, przykładając magnes o natężeniu pola około 2 kOe.
   3. Umieść próbkę w SQUID. Zastosuj rozległe pole magnetyczne w zakresie ~2 kOe. Uzyskaj pętle namagnesowania wykreślone w stosunku do zewnętrznego pola magnetycznego w pomiarach SQUID w temperaturze pokojowej.
      UWAGA: Typową krzywą MH dla materiału ferromagnetycznego można uzyskać, jak pokazano na rysunku 3b.

4. Pomiar właściwości nanomechanicznych za pomocą AFM

UWAGA: Mikroskopia sił atomowych (AFM) dostarcza potężnego narzędzia do charakteryzowania właściwości materiałów i właściwości mechanicznych w mikro- i nanoskalach w powietrzu, jak również w środowisku UHV

1. Pomiar sztywności podłoża C₈₄ Embedded Si w warunkach atmosferycznych
   1. Umieścić substrat na stoliku na próbki AFM. Przeciągnij ostrą końcówkę po podłożach za pomocą skanera. Monitoruj przemieszczenia końcówki jako miarę sił interakcji końcówka-próbka. Rejestruj ruchy w wielu odległościach końcówka-próbka wzdłuż kierunku pionowego w określonej pozycji, klikając pozycję "pomiar siły".
   2. Pomiary siły za pomocą AFM w warunkach atmosferycznych należy uzyskać z oczyszczonego przez RCA podłoża Si z warstwą naturalnego tlenku o długości 2-3 nm, a także z podłoża Si zatopionego w C₈₄ i podłoża Si pokrytego cienką warstwą SiC.
   3. Korzystając z oprogramowania AFM, wykreśl krzywe siła-odległość w warunkach atmosferycznych.
      UWAGA: Wspornik AFM był sondą Si o promieniu końcówki ~5-20 nm i stałej sprężystości ~40 N/m.
2. Zmierz sztywność podłoża C₈₄ osadzonego w krzemie w komorze UHV
   1. Uzyskać pomiary siły zgodnie ze wskazówkami ppkt 4.1.1 przy użyciu AFM w systemie UHV z oczyszczonego przez RCA podłoża Si, czystej powierzchni Si(111)-7x7, podłoża z krzemu zatopionego w C₈₄, podłoża i podłoża Si pokrytego cienką warstwą SiC.
   2. Wykres Krzywe siła-odległość w układzie UHV. Uwaga: Wspornik AFM był sondą Si o promieniu końcówki ~5-20 nm i stałej sprężystości ~40 N/m. Rysunek 4 przedstawia analizę siły-odległości nieuporządkowanej powierzchni Si, powierzchni 7 x 7, pojedynczej samoorganizującej się warstwy C₈₄ osadzonej w powierzchni Si oraz powierzchni Si, określonej za pomocą UHV-AFM.

5. Pomiar właściwości nanomechanicznych za pomocą symulacji MD

UWAGA: W sekcji symulacji, OVITO¹⁶ (oprogramowanie do wizualizacji open-source) i oSSD¹⁷ (otwarta baza danych struktur powierzchniowych) są używane do tworzenia modelu symulacyjnego i wizualizacji wyników. LAMMPS¹⁴ (pakiet symulacyjny dynamiki molekularnej (MD) o otwartym kodzie źródłowym) jest wykorzystywany do przeprowadzenia symulacji nanotwardości i analizy wyników symulacji¹⁵. Wszystkie zadania symulacyjne są wykonywane przy użyciu obliczeń równoległych w zaawansowanym wielkoskalowym superklastrze równoległym (ALPS) NCHC.
UWAGA: Aby zbadać heterozłącze monowarstwa/substrat C₈₄ za pomocą symulacji MD, należy przygotować model symulacyjny w kilku krokach, aby uzyskać zrelaksowaną monowarstwę C₈₄ osadzoną w podłożu Si. Należy zauważyć, że trudno jest wygenerować dokładnie taką samą strukturę na podstawie danych eksperymentalnych, ze względu na kompleks międzystrukturalny między monowarstwą C₈₄ a heterozłączem substratu Si (111). W rezultacie używamy sztucznego sposobu do wygenerowania modelu symulacyjnego z kilkoma krokami procedury, co zilustrowano na rysunku 5. Szczegóły są opisane w poniższych protokołach. Opisujemy, jak ustawić parametr MD w LAMMPS, ustanowić zrelaksowaną monowarstwę fulerenu C₈₄ osadzoną w podłożu, wykonać procedurę wgłębiania i przeanalizować wyniki symulacji.

1. Ustawienie parametru w pliku wejściowym LAMMPS
   1. Użyj polecenia granicy, aby ustawić okresowe warunki brzegowe w kierunkach x i y.
   2. Użyj polecenia "fix velocity", aby losowo przypisać prędkość początkową z rozkładem Gaussa na każdym atomie układu.
   3. Użyj polecenia "fix pair_style", aby przypisać potencjały Tersoff¹⁸ i AIREBO¹⁹ do opisania odpowiednio oddziaływania Si-Si i Si-C oraz oddziaływania C-C.
   4. Użyj poleceń "fix nvt" i "fix npt", aby przyjąć metodę Nosè-Hoovera²⁰, aby upewnić się, że system pozostaje w żądanej temperaturze i ciśnieniu w celu wygenerowania kanonicznego i izotermiczno-izobarycznego^{zespołu 20}, w którym to systemie algorytm prędkości-Verleta²⁰ jest stosowany do przewidywania trajektorii atomów. Użyj zarówno poleceń "fix nvt", jak i "run", aby ustawić szybkość chłodzenia 3 K/psec dla procesu wyżarzania.
   5. Użyj polecenia "timestep", aby ustawić krok czasowy 0,2 fsec jako całkowanie czasu.
   6. Użyj polecenia "napraw ścianę/odbicie", aby przyjąć odbitą ścianę w celu ograniczenia stopnia swobody (5.3.2).
   7. Użyj "regionu" i "grupy", aby podzielić podłoże na różne warstwy kontrolne (5.4.3): warstwę atomu Newtona, warstwę kontroli termicznej i dolną warstwę ustaloną, które można ustawić za pomocą poleceń odpowiednio "fix nve", "fix nvt" i "fix setforce".
   8. Użyj poleceń "region" i "create_atoms", aby utworzyć sondę sferyczną.
   9. Użyj polecenia "fix move", aby osadzić monowarstwę C84 w podłożu (5.4.2) i przesunąć sondę podczas symulacji (5.5.2).
   10. Użyj polecenia "uruchom", aby przeprowadzić symulację MD.
   11. Użyj poleceń "oblicz siłę" (5.6.1) i "oblicz naprężenie/atom" (5.6.4), aby oszacować naprężenie atomowe i siłę wcięcia.
       UWAGA: W poniższym przykładzie, z wyjątkiem ustanowienia struktury, wszystkie kroki zostały wykonane przez skrypt LAMMPS.
2. Użyj oSSD i OVITO do przygotowania powierzchni krzemowej (111) 7 x 7.
   1. Włącz oprogramowanie oSSD. Kliknij przycisk "szukaj". Zostanie wyświetlony panel "Kryteria wyszukiwania". Wybierz podłoże Si, typ pierwiastkowy, zrekonstruowaną strukturę, półprzewodnik elektryczny, siatkę diamentową, powierzchnię 111 i wzór 7 x 7. Kliknij przyciski "Szukaj" i "Akceptuj". Zostanie wyświetlony panel "Lista struktur". Kliknij żądaną strukturę (np. Si(111) 7 x 7). Kliknij przycisk "Plik". Zapisz plik koordynacyjny jako plik .xyz.
      UWAGA: Zwracamy uwagę, że strukturalna baza danych wyodrębniona z oSSD nie jest wystarczająco duża, aby można było przeprowadzić naszą symulację wcięć. W rezultacie odbudowujemy większe i grubsze podłoże w następujących krokach.
   2. Włącz oprogramowanie OVITO. Załaduj plik .xyz do OVITO. Użyj polecenia "Slice", aby przechwycić superkomórkę powierzchni Si(111) 7 x 7 o rozmiarze 26.878 x 46.554 Ų w kierunku x i y. Wyeksportuj plik danych. Użyj polecenia "Slice", aby przechwycić superkomórkę dolnego podłoża Si(111) o rozmiarze 26.878 x 46.554 x 9.7 ų. Użyj polecenia "Pokaż obrazy okresowe", aby zduplikować superkomórkę 12 razy w kierunku z. Wyeksportuj plik danych.
   3. Połącz pliki danych powierzchni Si(111) 7 x 7 i modeli podłoża Si(111) za pomocą Notepad++ (darmowy edytor kodu źródłowego). Na koniec załaduj połączone dane do OVITO. Użyj opcji "Pokaż obrazy okresowe", aby zduplikować superkomórkę 5 x 3 w kierunkach x i y, aby powiększyć rozmiar podłoża.
   4. Użyj LAMMPS, aby przeprowadzić symulację MD w czasie 20 psec w celu rozluźnienia modelu symulacyjnego. Poniżej wykonaj proces hartowania od 1,550 K do temperatury pokojowej przez czas symulacji 500 psec. Na koniec wykonaj symulację czasu 10 psec dla końcowego procesu relaksacji.
3. Przygotowanie monowarstwy fulerenu C₈₄
   1. Pobierz plik koordynacyjny zoptymalizowanej struktury fulerenu C₈₄ z sieci^{Web 21} i napisz program FORTRAN do replikacji 49 fulerenów C₈₄ ułożonych w strukturę plastra miodu.
   2. Użyj LAMMPS do ustawienia ścian odbijających na i pod monowarstwą C₈₄, aby upewnić się, że cząsteczki pozostają na planie. Wykonaj czas symulacji MD dla 200 psec, aby rozluźnić model symulacyjny. Poniżej wykonaj proces hartowania od 700 K do temperatury pokojowej, aby uzyskać minimalny stan glob przez czas symulacji 500 psec. Na koniec wykonaj symulację czasu 10 psec dla końcowego procesu relaksacji.
4. Ustal model wgłębienia monowarstwy fulerenu C₈₄ na powierzchni krzemu (111) 7 x 7.
   1. Napisz kod FORTRAN, aby ułożyć monowarstwę C₈₄ na powierzchni Si(111) 7 x 7 w odległości 3 A, aby ustalić model wcięć.
   2. Użyj LAMMPS do osadzenia monowarstwy C₈₄ w podłożu o głębokości 2 ~ 3 A. Poniżej uruchom czas symulacji 40 psec w celu rozluźnienia systemu. Na koniec wyżarzaj system do temperatury pokojowej.
   3. Podziel podłoże krzemowe na górną warstwę atomu Newtona, warstwę kontroli termicznej i dolną warstwę ustaloną o grubości odpowiednio 0,7, 2 i 5,3 nm. Monowarstwy C₈₄ były również modelowane jako atom Newtona.
5. Proces wciskania MD
   1. Użyj LAMMPS, aby utworzyć sondę sferyczną o średnicy 5 nm w trybie powierzchni C₈₄/Si(111) 7 x 7 (ilustracja 5). Sonda jest ustawiona jako sztywny korpus. Określ stałą prędkość 10 m/s na sondzie, aby przesuwać się w dół w kierunku próbki w procesie wgłębiania.
   2. Przesuwać sondę w dół do próbki ze stałą prędkością, aż do określonej głębokości obciążenia (tj. łącznie z przypadkami 1,5, 2,5, 4,5, 10, 15, 20 i 30 A, aby zbadać wpływ monowarstwy fulerenów C₈₄ na podłoże Si, gdzie wielkość fulerenu C₈₄ wynosi 11 A) w procesie ładowania. Trzymaj sondę w podłożu w procesie trzymania, aby umożliwić rozluźnienie atomów. Na koniec wyjmij sondę z podłoża ze stałą prędkością w procesie wycofywania.
6. Obliczenia i analizy
   1. Oblicz siłę wcięcia, sumując siłę pionową atomów w sondzie zgodnie z następującymi wzorami:
      (1)
   2. Wyodrębniono zredukowany moduł i sztywność z krzywej siła-odległość wcięcia. Opierając się na metodzie Olivera i Pharra²², można wyprowadzić liniową zależność między modułem Younga a sztywnością odciążającą. Sztywność (tj. nachylenie części początkowej) krzywej rozładunku definiuje się jako
      (2)
      gdzie P, h, A i E_r są obciążeniem wgłębienia, elastycznym przemieszczeniem sondy, rzutowanym obszarem wgłębienia i zredukowanym modułem. β (= 1 dla wgłębnika kołowego) jest współczynnikiem modyfikacji kształtu. Zależność między modułem zredukowanym a modułem Younga można zapisać jako
      (3)
      gdzie E i v są modułem Younga i stosunkiem Poissona dla próbki, a E_i i v_{i i są} modułem Younga i stosunkiem Poissona dla wgłębnika.
   3. Oblicz twardość zgodnie z definicją H = P_max/A, gdzie P_max i A to maksymalna siła wcięcia i rzutowany obszar sondy.
   4. Obliczyć wirusowe naprężenie atomowe²² na płaszczyźnie m podłoża w kierunku n przez
      (4)
      gdzie m_i jest masą atomu i; i są składowymi prędkości atomu i odpowiednio w kierunkach m i n; V_i jest objętością przypisaną wokół atomu i; N_s to liczba cząstek zawartych w obszarze S, gdzie S definiuje się jako obszar oddziaływania atomowego; Φ(r_ij) jest funkcją potencjału; r_ij to odległość między atomami i i j, a i są składowymi wektora w kierunku m i n do atomu j.
   5. Użyj OVITO, aby pokazać szczep von-Misesa każdego niezmiennika atomu zgodnie z następującymi wzorami:
      (5)

Results

Monowarstwa cząsteczek C₈₄ na nieuporządkowanej powierzchni Si(111) została wytworzona przy użyciu kontrolowanego procesu samoorganizacji w komorze UHV. Rysunek 1 przedstawia serię obrazów topograficznych zmierzonych za pomocą UHV-STM o różnym stopniu pokrycia: (a) 0,01 ML, (b) 0,2 ML, (c) 0,7 ML i (d) 0,9 ML. Zbadano również właściwości elektroniczne i optyczne podłoża Si osadzonego w C₈₄ przy użyciu różnych technik analizy powierzchni, takich jak STM i PL (rysunek 2

Discussion

W tym badaniu demonstrujemy wytwarzanie samoorganizującej się monowarstwy C₈₄ na podłożu Si za pomocą nowatorskiego procesu wyżarzania (rysunek 1). Proces ten można również wykorzystać do przygotowania innych rodzajów podłoży półprzewodnikowych osadzonych w nanocząstkach. Substrat Si osadzony w C₈₄ scharakteryzowano w skali atomowej za pomocą UHV-STM (ryc. 2), spektrometru emisji polowej, spektroskopii fotoluminescencyjnej, MFM i SQUID (ryc. 3).

...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Wafel			Si(111). Typ/Domieszka: P/Bor; Rezystywność: 0,05-0,1 Ohm· cm
Węgiel, C84	Legend Star		C84 proszek, 98%
Kwas solny	Sigma-Aldrich	84422	RCA, 37%
Ammonium	Choneye Pure Chemical		RCA, 25%
Nadtlenek wodoru	Choneye Pure Chemical		RCA, 35%
Azot	Ni Ni Air		butla wysokociśnieniowa, 95%
wolfram	Drut 461327 Nilaco		, średnica 0,3 mm, końcówka
Wodorotlenek sodu	UCW	85765	trawienie Drut wolframowy do końcówki
Aceton	Marcon Fine Chemicals	99920	nadaje się do chromatografii cieczowej i spektrofotometrii UV
Metanol	Marcon Fine Chemicals	64837	nadaje się do chromatografii cieczowej i Spektrofotometria UV
UHV-SPM	JEOL Ltd	JSPM-4500A	Ultrawysokopróżniowy skaningowy mikroskop tunelowy i ultrawysokopróżniowy mikroskop sił atomowych
Zasilacz	Keithley	237	Wysokonapięciowa jednostka źródłowo-pomiarowa
SQUID	Quantum desigh	MPMS-7	Natężenie pola magnetycznego: ± 7.0 Tesla, Zakres temperatur: 2– 400 K, Zakres magnetyczno-dipolowy: 5  &czasy;   10-7 – 300 emu
ALPS	Narodowe Centrum Obliczeń Wysokiej Skali, Tajwan		Zaawansowany wielkoskalowy superklaster równoległy, 177 tys. ton elektronicznych; 25 600 rdzeni procesora; 73 728 GB pamięci RAM; 1 074 TB pamięci masowej