Name: Sondowanie podłoża krzemowego osadzonego w C84 przy użyciu mikroskopii z sondą skaningową i dynamiki molekularnej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-28T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 58 s
Description: Odkryj symulacje dynamiki molekularnej i nanopomiary podłoża krzemowego z C84. Ta metoda obliczeniowa pozwala analizować właściwości elektroniczne, optyczne i mechaniczne materiałów nanotechnologicznych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy chcieliby podziękować Ministerstwu Nauki i Technologii Tajwanu za finansowe wsparcie tych badań w ramach umów nr MOST-102-2923-E-492-001-MY3 (W. J. Lee) i NSC-102-2112-M-005-003-MY3 (M. S. Ho). Z wdzięcznością wyraża się również wsparcie ze strony Tajwańskiego Urzędu Obliczeń Wielkiej Skali w zakresie dostarczania ogromnych zasobów obliczeniowych w celu ułatwienia tych badań.

<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: 
 <a target="_blank" href="http://www.fhi-berlin.mpg.de/KHsoftware/oSSD ">http://www.fhi-berlin.mpg.de/KHsoftware/oSSD </a> (2014).</li>
<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>
<li>Rapaport, D. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRapaport%2C+DC+%22The+Art+of+Molecular+Dynamics+Simulations%22">The Art of Molecular Dynamics Simulations</a>. , Cambridge University Press. (1997).</li>
<li>Fowler, P. W. Cn Fullerenes. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.nanotube.msu.edu ">http://www.nanotube.msu.edu </a> (2013).</li>
<li>Chandra, N., Namilae, S., Shet, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Local+elastic+properties+of+carbon+nanotubes+in+the+presence+of+Stone-Wales+defects%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Local elastic properties of carbon nanotubes in the presence of Stone-Wales defects.</a> Phys. Rev. B. 69, 094101(2004).</li>
<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>
<li>Mishin, Y., Suzuki, A., Uberuaga, B. P., Voter, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stick-slip+behavior+of+grain+boundaries+studied+by+accelerated+molecular+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Stick-slip behavior of grain boundaries studied by accelerated molecular dynamics.</a> Phys. Rev. B. 75, (2007).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

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)....

Cząsteczki fulerenu i materiały kompozytowe, które zawierają, wyróżniają się wśród nanomateriałów doskonałymi właściwościami strukturalnymi, przewodnością elektronową, wytrzymałością mechaniczną i właściwościami chemicznymi1-4. Materiały te okazały się bardzo korzystne w wielu dziedzinach, takich jak elektronika, komputery, technologia ogniw paliwowych, ogniwa słoneczne i technologia emisji w terenie5,6.
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 urządzenia7,8. 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.

<table><tbody><tr><td>Wafel</td><td></td><td></td> krzemowy <td>Si(111). Typ/Domieszka: P/Bor; Rezystywność: 0,05-0,1 Ohm&#183; cm</td></tr><tr><td>Węgiel, C84</td><td>Legend Star</td><td></td><td>C84 proszek, 98%</td></tr> <tr><td>Kwas solny</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>84422</td><td>RCA, 37%</td></tr><tr><td>Ammonium</td><td>Choneye Pure Chemical</td><td></td><td>RCA, 25%</td></tr><tr><td>Nadtlenek wodoru</td><td>Choneye Pure Chemical</td><td></td><td>RCA, 35%</td></tr> <tr><td>Azot</td><td>Ni Ni Air</td><td></td><td>butla wysokociśnieniowa, 95%</td></tr> <tr><td>wolfram</td><td>Drut 461327 Nilaco</td><td></td><td>, średnica 0,3 mm, końcówka</td></tr><tr><td>Wodorotlenek sodu</td><td>UCW</td><td>85765</td><td>trawienie Drut wolframowy do końcówki</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Marcon Fine Chemicals</td><td>99920</td><td>nadaje się do chromatografii cieczowej i spektrofotometrii UV</td></tr><tr><td>Metanol</td><td>Marcon Fine Chemicals</td><td>64837</td><td>nadaje się do chromatografii cieczowej i Spektrofotometria UV</td></tr><tr><td>UHV-SPM</td><td>JEOL Ltd</td><td>JSPM-4500A</td><td>Ultrawysokopróżniowy skaningowy mikroskop tunelowy i ultrawysokopróżniowy mikroskop sił atomowych</td></tr><tr><td>Zasilacz</td><td>Keithley</td><td>237</td><td>Wysokonapięciowa jednostka źródłowo-pomiarowa</td></tr><tr><td>SQUID</td><td>Quantum desigh</td><td>MPMS-7</td><td>Natężenie pola magnetycznego: &plusmn; 7.0 Tesla, Zakres temperatur: 2&#8211; 400 K, Zakres magnetyczno-dipolowy: 5&nbsp; &czasy; &nbsp; 10-7 &#8211; 300 emu</td></tr><tr><td>ALPS</td><td>Narodowe Centrum Obliczeń Wysokiej Skali, Tajwan</td><td></td><td>Zaawansowany wielkoskalowy superklaster równoległy, 177 tys. ton elektronicznych; 25 600 rdzeni procesora; 73 728 GB pamięci RAM; 1 074 TB pamięci masowej</td></tr></tbody></table>

sondowanie podłoża krzemowego osadzonego w c84 przy użyciu mikroskopii z sondą skaningową i dynamiki molekularnej

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

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.

Monowarstwa cząsteczek C84 na nieuporządkowanej powierzchni Si(111) została wytworzona w procesie kontrolowanego samozgromadzenia w komorze UHV. Rysunek 1 przedstawia serię obrazów topograficznych wykonanych za pomocą UHV-STM dla różnych stopni pokrycia: (a) 0,01 ML, (b) 0,2 ML, (c) 0,7 ML oraz (d) 0,9 ML. Właściwości elektroniczne i optyczne podłoża krzemowego z osadzonym C84 zostały również zbadane przy użyciu różnych technik analizy powierzchni, takich jak STM i PL (Rysun...

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

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

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

Celem niniejszego badania jest wytworzenie heterozłącza na podłożu krzemowym z zatopionym C84 oraz jego późniejsza analiza w celu uzyskania kompleksowego zrozumienia właściwości elektronicznych, optoelektronicznych, mechanicznych, magnetycznych i emisyjnych pola uzyskanych materiałów. Nanomateriały, którymi dysponujemy, stanowią rosnący trend w rewolucji materiałowej. Dzięki zastosowaniu skaningowego mikroskopu sondowego będziemy w stanie zidentyfikować charakterystykę nanostruktur na powierzchniach z odpowiednią rozdzielczością.Wykorzystując symulacje dynamiki molekularnej, możemy monitorować zależne od typu zachowanie atomowe i mechaniczne procesu wciskania. Wszystkie symulacje zostały przeprowadzone z wykorzystaniem obliczeń równoległych w superklastrze ALPS NCHC, a wszystkie prace eksperymentalne wykonano w laboratorium nanonauki NCHU. Procedury zostaną zaprezentowane przez Che-Fu, Pei-Fang, Ya-Chi oraz Wei-Pin z mojego zespołu.W pierwszej kolejności należy oczyścić podłoże krzemowe 111, stosując rozpuszczalnik, a następnie poddać je ogrzewaniu w systemie ultrawysokiej próżni w celu usunięcia warstwy tlenków i zanieczyszczeń z powierzchni podłoża. Aby przeprowadzić osadzanie C84 na powierzchni krzemu, należy wstępnie rozgrzać parownik Castle za pomocą zewnętrznego zasilacza poprzez włókna grzejne do 500 °C, aby wspomóc odgazowanie zanieczyszczeń. Następnie należy załadować nanocząstki C84 do pojemnika Castle.Następnie ogrzej rezystancyjnie tygiel do 650 °C, aby odparować nanocząsteczki C84. Teraz odparuj nanocząsteczki C84 w liniach prostych, aż uderzą w podłoże krzemowe poprzez zawór sterujący przy ciśnieniu poniżej 5 × 10⁻⁸ Pa. Następnie wygrzej podłoże krzemowe ALBA 111 w systemie ultrawysokiej próżni w temperaturze 900 °C, aby uzyskać struktury 1x1.Obniż temperaturę do 650 °C na 30 minut w celu osadzenia nanocząsteczek C84 na powierzchni podłoża. W podłożu krzemowym ALBA w temperaturze około 750 °C przez 12 godzin, podczas których sproszkowane nanocząsteczki C84 samoorganizują się w wysoce jednorodną warstwę fulerenową na powierzchni podłoża krzemowego 111. W tym momencie umieść podłoże krzemowe z osadzonymi nanocząsteczkami C84 w uchwycie próbek do skaningowej mikroskopii sondowej (SPM).Przenieś próbkę z komory wymiany do komory przygotowania próbek. Wprowadź uchwyt do systemu głowicy skanującej UHV-STM i przenieś próbkę do komory obserwacyjnej. Następnie przeprowadź sweep napięcia przyłożonego do próbki w zakresie od minus pięciu do pięciu voltów.Następnie kliknij pozycję pomiaru IV, aby zmierzyć prąd tunelowania z rozdzielczością atomową. Do pomiarów wybierz co najmniej 20 konkretnych miejsc na podłożu krzemowym z zatopionym C84. Aby zmierzyć energię przerwy energetycznej, uzyskaj krzywe IV zgodnie z wcześniejszym opisem z powierzchni wskazanych w protokole tekstowym.Następnie umieść podłoże krzemowe z zatopionym C84 w uchwycie próbek do emisji polowej (FE). Wsuń uchwyt do komory analizy FE. Następnie odpompuj powietrze z komory do ciśnienia wynoszącego około 5 × 10⁻⁵ Pa w celu przeprowadzenia pomiaru FE.Ręcznie zwiększaj przyłożone napięcie na podłożu od 100 do 1 100 V. Pomiar odpowiedniego prądu emisji polowej jako funkcji przyłożonego napięcia przeprowadź przy użyciu jednostki pomiarowej źródła wysokiego napięcia z wzmacniaczem prądowym. Następnie umieść badane podłoże w centrum komory próbkowej systemu pomiaru emisji optycznej.Następnie należy skupić wiązkę lasera helowo-kadmowego o emisji 325 nanometrów. Po skonfigurowaniu spektrometru należy zarejestrować widmo fotoluminescencji poprzez zbieranie i analizę emitowanych fotonów. Próbki podłoża krzemowego z zatopionymi klatkami C84 należy namagnesować przed wykonaniem spektroskopii sił magnetycznych lub pomiarów MFM, przykładając magnes o natężeniu pola wynoszącym około 2 kilo oersted.Po umieszczeniu namagnesowanej próbki na stoliku MFM należy zaobserwować mikrostrukturę fulerenu w domenie magnetycznej osadzonej w podłożu krzemowym, korzystając z MFM w trybie lift mode z zastosowaniem namagnesowania prostopadłego do powierzchni próbki. Następnie, przed eksperymentami SQUID, należy namagnesować próbki podłoża krzemowego z osadzonym C84 oraz klastry C84 na podłożu krzemowym z osadzonym C84, stosując magnes o natężeniu pola wynoszącym około 2 kilo oersted. Namagnesowaną próbkę należy umieścić w SQUID.Następnie przyłóż zmienne pole magnetyczne w zakresie około 2 kilo oersted. Uzyskaj pętle magnetyzacji wykreślone w funkcji zewnętrznego pola magnetycznego w pomiarach SQUID w temperaturze pokojowej. Aby zmierzyć sztywność podłoża krzemowego z zatopionym C84, umieść najpierw jedno z podłoży na stoliku próbki AFM, czyli mikroskopu sił atomowych.Następnie należy przeprowadzić pomiary siły w warunkach atmosferycznych przy użyciu odpowiednich podłoży krzemowych. Pomiary siły należy wykonać zgodnie z wcześniejszym opisem, wykorzystując AFM oraz układ UHV na odpowiednich podłożach krzemowych. W celu przygotowania podłoża krzemowego należy uruchomić oprogramowanie OSSD.Kliknij przycisk wyszukiwania, aby wyświetlić panel kryteriów wyszukiwania. Wybierz podłoże krzemowe (silicon substrate), typ pierwiastka (elemental type), strukturę zrekonstruowaną (reconstructed structure), półprzewodnik (semi-conductor elec), sieć diamentową (diamond lattice), płaszczyznę 111 (111 face) oraz wzór siedem na siedem (seven by seven pattern). Następnie kliknij przyciski wyszukiwania i akceptacji, aby wyświetlić panel listy struktur.Kliknij wybraną strukturę powierzchni krzemu 111 7x7. Następnie kliknij przycisk pliku i zapisz plik koordynacji jako plik xyz. Potem uruchom oprogramowanie Ovito, wczytaj do niego plik xyz i użyj polecenia slice, aby wyciąć superkomórkę struktury powierzchni krzemu 111 7x7 o odpowiednim rozmiarze, 26,878 na 46,554 angstrom squared w kierunkach X i Y.Użyj polecenia simulation cell, aby dostosować rozmiar komórki w kierunkach X i Y oraz przenieść komórkę do punktu początkowego zero. Wykorzystaj transformację afiniczną i kliknij transform matrix, aby przesunąć model o 5,714 angstroms w kierunku normalnym. Użyj polecenia slice, aby odciąć najniższą warstwę atomów w kierunku normalnym.Wyeksportuj plik danych w formacie LAMMPS. W formacie pliku danych LAMMPS zdefiniowane zostaną granice komórki. Ponownie wczytaj dane w formacie LAMMPS do programu Ovito.Użyj polecenia wrap at periodic boundaries, aby zreorganizować strukturę wewnątrz komórki. Zastosuj transformację afiniczną i kliknij transform matrix, aby przesunąć model o 84.6 angstroms w kierunku normalnym. Użyj polecenia simulation cell, aby dostosować rozmiar komórki do 150 angstroms w kierunku Z.Wyeksportuj plik danych w formacie LAMMPS. Wczytaj dane ponownie do programu Ovito. Użyj funkcji wyświetlania obrazów okresowych (show periodic images), aby powielić superkomórkę o wymiarach pięć na trzy w kierunkach X i Y, w celu powiększenia rozmiaru podłoża.Wyeksportuj plik danych w formacie LAMMPS. Po przygotowaniu pliku współrzędnych superkomórki krzemu 111 o odpowiednim rozmiarze, załaduj dane do programu Ovito. Użyj funkcji wyświetlania obrazów okresowych (show periodic images), aby powielić superkomórkę w układzie pięć na trzy na osiem w kierunkach X, Y i Z w celu powiększenia rozmiaru podłoża.Użyj przekształcenia afinicznego i wybierz macierz transformacji, aby przesunąć model do punktu początkowego w kierunku Z o 37.6184 angstroms. Eksportuj plik danych w formacie LAMMPS. Połącz pliki danych powierzchni krzemu 111 siedem na siedem oraz modele podłoża krzemu 111 za pomocą edytora tekstu.Model podłoża krzemu 111 siedem na siedem jest gotowy. Aby przygotować monowarstwę fulerenów C84, pobierz z sieci plik z koordynatami fulerenu C84. Użyj autorskiego programu, aby powielić fulereny C84 w układzie siedem na siedem, rozmieszczone w strukturze plastra miodu.Następnie należy użyć autorskiego programu, aby nanieść monowarstwę C84 na powierzchnię krzemu 111 (7x7) w odległości 3 Å. Użyj polecenia load data, aby wczytać model symulacyjny w skrypcie LAMMPS. Następnie skonfiguruj region i użyj polecenia create atom, aby utworzyć sferyczną sondę o promieniu 5 nm.Na koniec przygotuj skrypt wejściowy LAMMPS do symulacji wciskania i oblicz szczegółowe właściwości mechaniczne. Monowarstwa cząsteczek C84 na nieuporządkowanej powierzchni krzemu 111 została wytworzona przy użyciu kontrolowanego procesu samoorganizacji; tutaj przedstawiono serię obrazów topograficznych wykonanych za pomocą UHV-STM dla różnych stopni pokrycia. Właściwości elektroniczne i optyczne podłoża krzemowego z osadzoną warstwą C84 zostały zbadane przy użyciu technik STM oraz analizy fotoluminescencji.Doskonałe właściwości materiałowe próbek pokazują, w jaki sposób nanotechnologia może być wykorzystana do kontrolowania materii w skalach atomowej i nanometrycznej. Wyniki MFM i SQUID obrazują magnetyzm powierzchni podłoża z zatopionymi cząsteczkami C84. Wyniki UHV-AFM demonstrują potencjał podłoża krzemowego z zatopionymi cząsteczkami C84 jako alternatywy dla węglików półprzewodnikowych w urządzeniach nanoelektronicznych przeznaczonych do zastosowań wysokotemperaturowych, wysokomocowych oraz wysokoczęstotliwościowych.Jak również w systemach magnetycznych i mikroelektromechanicznych. Przedstawiono tutaj proces symulacji dynamiki molekularnej nanoindentacji podłoża z zatopionym C84. Przedstawiono tutaj właściwości mechaniczne podłoża z zatopionym fulerenem.Odpowiednie migawki w funkcji głębokości wgłębienia przedstawiono tutaj. Wyniki siły wgłębienia w funkcji głębokości wgłębienia służą do obliczenia twardości, modułu zredukowanego oraz sztywności pęcznienia monowarstwy C84. Obecnie powszechnie uważa się, że nanomateriały przyczynią się do istotnego rozwoju nauki i technologii ze względu na warstwową strukturę właściwości chemicznych, fizycznych i mechanicznych.Już jedna monowarstwa fulerenu może drastycznie zmienić właściwości podłoża krzemowego. W naszym badaniu podłoże krzemowe z osadzonym fulerenem charakteryzuje się falistą krawędzią, dobrymi właściwościami emisji paliwa oraz wysoką wytrzymałością, a sam fuleren wykazuje właściwości magnetyczne. Wierzę, że zaproponowane przez nas podłoża będą wykazywać lepsze parametry w szerszym zakresie zastosowań w nanotechnologii.Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze rozumieć, jak przeprowadzać eksperymenty i symulacje w zakresie magnetyzmu powierzchniowego. Prezentacja tych kompleksowych technik utoruje badaczom drogę do zgłębiania fundamentalnych właściwości materiałów.

probing-c84-embedded-si-substrate-using-scanning-probe-microscopy

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Spektroskopia pojemnościowa pojedynczego elektronu z sondą skanującą ułatwia badanie ruchu pojedynczego elektronu w zlokalizowanych obszarach podpowierzchniowych. Czuły obwód wykrywania ładunku jest wbudowany w kriogeniczny mikroskop skanujący w celu zbadania małych układów domieszek atomów pod powierzchnią próbek półprzewodnikowych.

Spektroskopia pojemnościowa jednoelektronowa z sondą skanującą

Celulosomy to kompleksy wieloenzymatyczne przeznaczone do trawienia celulozy. SMFS oparty na AFM wykorzystano do zbadania właściwości mechanicznych i konfiguracji fałdowania zespołów białkowych związanych z celulozonami. Przedstawiamy kompletny przepływ pracy do immobilizacji białek, pozyskiwania i analizy danych w celu zbadania interakcji poszczególnych kompleksów receptor-ligand zaangażowanych w składanie celulasomów.

Badanie układów receptor-ligand celulosomu za pomocą spektroskopii sił pojedynczych cząsteczek opartej na AFM

Przedstawiono protokół kowalencyjnego łączenia dużej różnorodności pojedynczych cząsteczek na końcówce AFM. Podano procedury i przykłady określające siłę adhezji i energię swobodną tych cząsteczek na stałych nośnikach i biointerfejsach.

Badanie adhezji pojedynczych cząsteczek za pomocą spektroskopii sił atomowych

Demonstrujemy precyzyjną manipulację pojedynczymi cząsteczkami organicznymi na powierzchni metalu za pomocą końcówki mikroskopu sondy skanującej napędzanego w 3D ręką eksperymentatora za pomocą systemu przechwytywania ruchu i w pełni immersyjnych gogli wirtualnej rzeczywistości.

Ręcznie sterowana manipulacja pojedynczymi cząsteczkami za pomocą mikroskopu z sondą skanującą z interfejsem 3D Virtual Reality

Demonstrujemy całkowicie elektroniczną metodę obserwacji dynamiki ładunków nanosekundowych domieszek atomów w krzemie za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego.

W pełni elektroniczna skaningowa mikroskopia tunelowa z nanorozdzielczością: ułatwiająca badanie dynamiki ładunku pojedynczej domieszki

Tutaj prezentujemy protokół dla nanolitografii sond skanujących na dużym obszarze, który jest możliwy dzięki iteracyjnemu dostosowaniu układów sond, a także wykorzystaniu wzorów litograficznych do badań interakcji komórka-powierzchnia.

Nanolitografia sondy skanującej o dużym obszarze ułatwiona dzięki automatycznemu wyrównaniu i zastosowaniu do wytwarzania substratów do badań nad kulturami komórkowymi

Tutaj prezentujemy protokół charakteryzujący cząstki nukleosomów na poziomie pojedynczej cząsteczki za pomocą technik obrazowania statycznej i poklatkowej mikroskopii sił atomowych (AFM). Opisana metoda funkcjonalizacji powierzchni pozwala na uchwycenie struktury i dynamiki nukleosomów w wysokiej rozdzielczości w nanoskali.

Badanie struktury i dynamiki nukleosomów za pomocą obrazowania mikroskopowego sił atomowych

Przedstawiamy ogólny protokół identyfikacji krótkich odcinków homologicznych sekwencji białka gospodarz-patogen (SSHHPS) osadzonych w poliproteinie wirusa. SSHHP są rozpoznawane przez proteazy wirusowe i kierują ukierunkowanym niszczeniem określonych białek gospodarza przez kilka wirusów grupy IV.

Analiza wirusowych SSHHPS grupy IV przy użyciu metod in vitro i in silico

Mikroskopia sił atomowych (AFM) w połączeniu ze skaningową mikroskopią elektrochemiczną (SECM), a mianowicie AFM-SECM, może być używana do jednoczesnego pozyskiwania informacji topograficznych i elektrochemicznych o wysokiej rozdzielczości na powierzchniach materiałów w nanoskali. Takie informacje mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia niejednorodnych właściwości (np. reaktywności, defektów i miejsc reakcji) na lokalnych powierzchniach nanomateriałów, elektrod i biomateriałów.

Sondowanie powierzchniowej aktywności elektrochemicznej nanomateriałów przy użyciu hybrydowego mikroskopu sił atomowych ze skaningowym mikroskopem elektrochemicznym (AFM-SECM)

Połączenie syntezy wspomaganej roztworem i powierzchniowo otwiera nowe kierunki w atomowo precyzyjnej syntezie nanostruktur. Skaningowa mikroskopia tunelowa (STM) uzupełniona o bezkontaktową mikroskopię sił atomowych (nc-AFM) umożliwia szczegółową charakterystykę nowo zaprojektowanych i wygenerowanych nanoobiektów na bazie węgla.

Mikroskopowa wizualizacja porowatych nanografenów zsyntetyzowanych przez połączenie roztworu i chemii powierzchniowej

Wielkoskalowa kontrola próbek z rozdzielczością nanoskali ma szeroki zakres zastosowań, szczególnie dla nanofabrykowanych płytek półprzewodnikowych. Mikroskopy sił atomowych mogą być doskonałym narzędziem do tego celu, ale są ograniczone przez szybkość obrazowania. W tej pracy wykorzystuje się równoległe aktywne układy wspornikowe w AFM, aby umożliwić inspekcje o wysokiej przepustowości i na dużą skalę.

Mikroskopia sił atomowych z sondą aktywną z układami wspornikowymi Quattro-Parallel do wysokowydajnej kontroli próbek na dużą skalę

Odkryj symulacje dynamiki molekularnej i nanopomiary podłoża krzemowego z C84. Ta metoda obliczeniowa pozwala analizować właściwości elektroniczne, optyczne i mechaniczne materiałów nanotechnologicznych.

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

Przeglądaj więcej filmów