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

Celem tego badania jest wytworzenie heterozłącza z substratem krzemowym osadzonym w C84, a następnie analiza w celu uzyskania kompleksowego zrozumienia właściwości emisji elektronicznej, optoelektronicznej, mechanicznej, magnetycznej i polowej otrzymanych materiałów. Nanomateriały, które mam w forcatorze, to szeroko zakrojony trend rewolucji materiałowej. Za pomocą mikroskopu z cienką sondą będziemy w stanie zidentyfikować cechy nanostruktur na powierzchniach z wystarczającą rozdzielczością.

Za pomocą symulacji dynamiki molekularnej możemy monitorować rodzaj, zależne, atomowe i mechaniczne zachowanie procesu wgniatania. Wszystkie symulacje zostały przeprowadzone za pomocą obliczeń równoległych w superklastrze ALPS NCHC, a wszystkie prace eksperymentalne zostały wykonane w laboratorium nanonaukowym NCHU. Osobą, która zademonstruje te procedury będą Che-Fu, Pei-Fang, Ya-Chi i Wei-Pin z mojej grupy.

Najpierw należy poddać podłoże krzemowe 111 czyszczeniu polegającemu na nałożeniu rozpuszczalnika, a następnie podgrzaniu w systemie ultrawysokiej próżni w celu usunięcia warstwy tlenku i zanieczyszczeń z powierzchni podłoża. W celu osadzania C84 na powierzchni krzemu należy podgrzać parownik Castle z zewnętrznym zasilaniem poprzez podgrzanie żarników do 500 stopni Celsjusza, aby ułatwić odgazowanie zanieczyszczeń. Następnie załaduj nanocząstki C84 do pojemnika Castle.

Następnie rezystancyjnie podgrzej Castle do 650 stopni Celsjusza, aby odparować nanocząstki C84. Teraz odparuj nanocząstki C84 w liniach prostych, aż uderzą w podłoże krzemowe przez kontrolowany zawór pod ciśnieniem poniżej pięć razy 10 do minus ośmiu paskalów. Następnie należy wstępnie wprowadzić krzem ALBA 111 w systemie ultrawysokiej próżni w temperaturze 900 stopni Celsjusza, aby uzyskać struktury jedna po drugiej.

Zmniejsz temperaturę do 650 stopni Celsjusza na 30 minut, aby nanocząstki C84 osiadły na powierzchni podłoża. W podłożu krzemowym ALBA w temperaturze około 750 stopni Celsjusza przez 12 godzin, w tym czasie sproszkowane nanocząstki C84 samoorganizują się w wysoce jednorodny promień fulerenowy na powierzchni podłoża krzemowego 111. W tym momencie umieść podłoże krzemowe osadzone w C84 na mikroskopie skaningowym lub SPM, uchwycie na próbkę.

Przenieść próbkę z komory wymiany do komory przygotowania próbki. Wprowadzić uchwyt do systemu głowicy skanującej UHV-STM i przenieść próbkę do komory obserwacyjnej. Następnie należy przeciągnąć zastosowaną polaryzację próbki od minus pięciu do pięciu woltów.

Następnie kliknij element pomiaru IV, aby zmierzyć oko prądu tunelowego w rozdzielczości atomowej. Wybierz co najmniej 20 konkretnych miejsc na podłożu krzemowym osadzonym w C84 do pomiarów. Aby zmierzyć energię przerwy energetycznej, należy uzyskać krzywe IV, jak opisano wcześniej, z powierzchni wskazanych w protokole tekstowym.

Następnie umieść podłoże krzemowe osadzone w C84 na uchwycie próbki z emisją polową lub FE. Włóż uchwyt do studzienki analizy ES. Następnie opróżnij komorę do ciśnienia około pięć razy 10 do minus 5 paskali dla pomiaru FE.

Zwiększ napięcie przyłożone ręcznie do podłoża ze 100 do 1,100 woltów. Zmierz odpowiedni prąd emisji pola w funkcji przyłożonego napięcia za pomocą jednostki pomiaru źródła wysokiego napięcia ze wzmacniaczem prądu. Teraz umieść substrat testowy na środku komory na próbkę optycznego systemu pomiaru emisji.

Następnie skoncentruj się na źródle lasera helowo-kadmowego o emisjach 325 nanometrów. Po ustawieniu spektrometru uzyskaj widmo fotoluminescencji poprzez zbieranie i analizę emitujących fotonów. Namagnesuj próbki podłoża krzemowego osadzonego w C84 przed spektroskopią sił magnetycznych lub pomiarami MFM, przykładając magnes o natężeniu pola około 2 kg.

Po umieszczeniu namagnesowanej próbki na stoliku próbki MFM należy obserwować mikrostrukturę fulerenu w domenie magnetycznej osadzonej w podłożu krzemowym za pomocą MFM w trybie podnoszenia z zastosowaniem namagnesowania prostopadłego do powierzchni próbki. Następnie namagnesuj próbki podłoża krzemowego osadzonego w C84 i klastrów C84 na podłożu krzemowym osadzonym w C84 przed eksperymentami SQUID, przykładając magnes o natężeniu pola około 2 kilo. Umieść namagnesowaną próbkę w SQUID.

Następnie zastosuj rozległe pole magnetyczne w zakresie około 2 kilo oersted. Uzyskaj pętle namagnesowania wykreślone w stosunku do zewnętrznego pola magnetycznego w pomiarach SQUID w temperaturze pokojowej. Aby zmierzyć sztywność podłoża krzemowego osadzonego w C84, najpierw umieść jedno z podłoży na stoliku na próbkę AFM lub mikroskopie atomowym.

Następnie należy uzyskać pomiary siły w warunkach atmosferycznych z odpowiednich podłoży krzemowych. Uzyskaj pomiary siły zgodnie z wcześniejszym opisem za pomocą AFM i systemu UHV z odpowiednich podłoży krzemowych. Aby przygotować podłoże krzemowe, włącz oprogramowanie OSSD.

Kliknij przycisk wyszukiwania, aby wyświetlić panel kryteriów wyszukiwania. Wybierz podłoże krzemowe, typ pierwiastkowy, zrekonstruowaną strukturę, półprzewodnik, siatkę diamentową, powierzchnię 111 i wzór siedem na siedem. Następnie kliknij przyciski wyszukiwania i akceptuj, aby wyświetlić panel listy struktur.

Kliknij żądaną powierzchnię krzemu strukturalnego 111 siedem na siedem. Teraz kliknij przycisk pliku i zapisz plik koordynacyjny jako plik xyz. Następnie włącz oprogramowanie Ovito, załaduj plik xyz do oprogramowania i użyj polecenia slice, aby przechwycić superkomórkę struktury powierzchniowej krzemu 111 siedem na siedem o odpowiednim rozmiarze, 26,878 na 46,554 angstremów do kwadratu w kierunkach X i Y.

Użyj polecenia komórki symulacji, aby dostosować rozmiar komórki w kierunkach X i Y i przesunąć komórkę do punktu początkowego zera. Użyj transformacji afinicznej i kliknij macierz transformacji, aby przesunąć model o kątach 5,714 angstremów w kierunku normalnym. Użyj polecenia slice, aby przeciąć najniższą warstwę atomu w kierunku normalnym.

Wyeksportuj plik danych w formacie LAMMPS. W przypadku formatu pliku danych LAMMPS zostanie zdefiniowana granica komórki. Załaduj ponownie dane w formacie LAMMPS do Ovito.

Użyj polecenia zawijaj na granicach okresu, aby zmienić rozmieszczenie struktury wewnątrz komórki. Użyj transformacji afinicznej i kliknij macierz transformacji, aby przesunąć model 84,6 angstremów w kierunku normalnym. Użyj polecenia komórki symulacji, aby dostosować rozmiar komórki o 150 angstremów w kierunku Z.

Wyeksportuj plik danych w formacie LAMMPS. Załaduj ponownie dane do Ovito. Użyj obrazów okresowych, aby zduplikować superkomórkę pięć na trzy w kierunkach X i Y, aby powiększyć rozmiar podłoża.

Wyeksportuj plik danych w formacie LAMMPS. Po przygotowaniu pliku koordynacyjnego super komórki krzemowej 111 o odpowiedniej wielkości wczytujemy dane do Ovito. Użyj obrazów okresowych, aby zduplikować superkomórkę pięć na trzy na osiem w kierunkach X, Y i Z, aby powiększyć rozmiar podłoża.

Użyj transformacji afinicznej i wybierz macierz przekształceń, aby przesunąć model do punktu początkowego w kierunku Z 37,6184 angstremów. Wyeksportuj plik danych w formacie LAMMPS. Połącz pliki danych modeli powierzchni krzemu 111 siedem na siedem i modeli podłoża krzemu 111 za pomocą edytora tekstu.

Model podłoża krzemowego 111 siedem na siedem jest gotowy. Aby przygotować monowarstwę fulerenu C84, pobierz plik koordynacyjny fulerenu C84 z Internetu. Użyj domowego programu, aby zduplikować fulereny C84 o wymiarach siedem na siedem ułożonych w strukturę plastra miodu.

Następnie za pomocą domowego programu ułóż monowarstwę C84 na powierzchni krzemu 111 siedem na siedem w odległości trzech angstremów. Użyj polecenia załaduj dane, aby załadować model symulacji w skrypcie LAMMPS. Następnie skonfiguruj region i utwórz polecenia atomowe, aby utworzyć pięcionanometrową sondę sferyczną.

Na koniec przygotuj skrypt wejściowy LAMMPS do symulacji wcięć i oblicz właściwości mechaniczne detalu. Monowarstwa cząsteczek C84 na nieuporządkowanej powierzchni krzemu 111 została wytworzona przy użyciu kontrolowanego procesu samoorganizacji, a tutaj pokazano serię obrazów topograficznych zmierzonych przez UHV-STM o różnym stopniu pokrycia. Właściwości elektroniczne i optyczne podłoża krzemowego osadzonego w C84 zbadano przy użyciu technik STM i analizy fotoluminescencyjnej.

Doskonałe właściwości materiałowe próbek pokazują, w jaki sposób nanotechnologia może być wykorzystana do kontroli materii w skali atomowej i nano. Wyniki MFM i SQUID pokazują magnetyzm powierzchniowy podłoża osadzonego w C84. Wyniki projektu UHV-AFM pokazują potencjał podłoża krzemowego wbudowanego w C84 jako alternatywy dla węglika półprzewodnikowego w urządzeniach nanoelektronicznych do zastosowań w wysokich temperaturach, dużej mocy i wysokiej częstotliwości.

A także w systemach magnetycznych i mikroelektromechanicznych. Przedstawiono tutaj proces symulacji dynamiki molekularnej na nanowgłębieniu podłoża osadzonego w C84. Właściwości mechaniczne podłoża zatopionego w fulerenie przedstawiono tutaj.

Odpowiednie migawki w funkcji głębokości wcięć można zobaczyć tutaj. Wyniki siły wgłębienia w funkcji głębokości wgłębienia są wykorzystywane do obliczenia twardości, zredukowanego modułu i sztywności wzdęcia monowarstwy C84. Obecnie panuje powszechne przekonanie, że nanomateriał przyniesie zastosowanie w nauce i technologiach ze względu na jednostkę warstw o właściwościach chemicznych, fizycznych i mechanicznych.

Wystarczy jedna monowarstwa fulerenu, aby właściwości podłoża krzemowego uległy radykalnej zmianie. W naszym badaniu podłoże krzemowe osadzone w fulerenie ma krawędź falowania, dobre właściwości emisji paliwa i wysoką wytrzymałość, a także jest magnetyczne z fulerenem. Wierzę, że proponowane przez nas podłoża będą miały lepsze wyniki w szerszym zastosowaniu w nanotechnologii.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przeprowadzać eksperymenty i symulacje magnetyzmu powierzchniowego. Demonstracja tych kompleksowych technik utoruje naukowcom drogę do zbadania podstawowych właściwości materiałów.