Зондирование C ₈₄ -вложено Si подложки с помощью сканирующей зондовой микроскопии и молекулярной динамики

Целью данного исследования является изготовление гетероперехода кремниевой подложки, встроенной в C84, и последующий анализ для получения всестороннего понимания электронных, оптоэлектронных, механических, магнитных и полевых эмиссионных свойств полученных материалов. Наноматериалы, которые у меня есть в форкаторе, являются трендом революции материалов. С помощью тонкого зондового микроскопа мы сможем идентифицировать характеристики наноструктур на поверхностях с достаточным и разрешающим разрешением.

Используя молекулярно-динамическое моделирование, мы можем отслеживать тип, зависимое, атомное и механическое поведение процесса индентирования. Все симуляции были выполнены с помощью параллельных вычислений в сверхкластере ALPS NCHC, а вся экспериментальная работа была выполнена в лаборатории нанонаук NCHU. Людьми, которые будут демонстрировать процедуры, будут Че-Фу, Пей-Фан, Я-Чи и Вэй-Пин из моей группы.

Во-первых, подвергните кремниевую подложку 111 очистке, включающей нанесение растворителя с последующим нагревом в системе сверхвысокого вакуума для удаления оксидного слоя и примесей с поверхности подложки. Для осаждения C84 на поверхность кремния необходимо предварительно нагреть испаритель Castle с внешним источником питания путем нагрева нитей накаливания до 500 градусов Цельсия для содействия выделению газов примесей. Затем загрузите наночастицы C84 в контейнер Castle.

Затем резистивно нагрейте замок до 650 градусов Цельсия, чтобы испарить наночастицы C84. Теперь испаряйте наночастицы C84 по прямым линиям, пока они не ударятся о кремниевую подложку через управляемый клапан при давлении ниже пяти умно-пятнадцати на минус восемь паскалей. После этого предварительно в состав ALBA кремний 111 помещают в сверхвысокую вакуумную систему при температуре 900 градусов Цельсия для получения структур по одной.

Снизьте температуру до 650 градусов Цельсия на 30 минут для осаждения наночастиц C84 на поверхность подложки. В кремниевой подложке ALBA при температуре около 750 градусов Цельсия в течение 12 часов, в течение которых порошкообразные наночастицы C84 самоорганизуются в высокооднородный луч фуллерена на поверхности кремниевой подложки 111. На этом этапе поместите встроенную в C84 кремниевую подложку на держатель образца для сканирующей зондовой микроскопии (SPM).

Перенесите пробу из обменной камеры в камеру пробоподготовки. Вставьте держатель в систему сканирующей головки UHV-STM и перенесите образец в камеру наблюдения. Затем развертите приложенное смещение образца от минус пяти до пяти вольт.

Затем нажмите на пункт измерения IV, чтобы измерить туннельный ток глаз с атомным разрешением. Выберите не менее 20 конкретных мест на кремниевой подложке, встроенной в C84, для проведения измерений. Для измерения энергии запрещенной зоны получают кривые IV, как описано ранее, с поверхностей, указанных в текстовом протоколе.

После этого поместите кремниевую подложку, встроенную в C84, на держатель образца с полевым излучением (FE). Вставьте держатель в камеру анализа КЭ. Затем вакуумируйте камеру до давления примерно в пять раз по 10 до минус 5 Па для измерения КЭ.

Увеличьте подаваемое напряжение вручную на подложку от 100 до 1,100 вольт. Измерьте соответствующий полевой эмиссионный ток в зависимости от приложенного напряжения с помощью высоковольтного источника измерения с усилителем тока. Теперь поместите испытательную подложку в центр отсека для образцов системы измерения оптической эмиссии.

Затем сфокусируйте источник гелий-кадмиевого лазера с излучением 325 нанометров. После настройки спектрометра получают спектр фотолюминесценции, собирая и анализируя излучающие фотоны. Намагничивайте образцы кремниевой подложки, встроенной в C84, перед магнитной спектроскопией или измерениями методом МСМ, применяя магнит с напряженностью поля примерно 2 кг.

После помещения намагниченного образца на предметный столик МСМ наблюдают за микроструктурой фуллерена в магнитном домене, внедренном в кремниевую подложку, с помощью МСМ в подъемном режиме с приложением намагниченности перпендикулярно поверхности образца. После этого намагничивают образцы кремниевой подложки, встроенной в C84, и кластеров C84 на кремниевую подложку, встроенную в C84, перед экспериментами SQUID путем применения магнита с напряженностью поля примерно 2 килоэрстед. Поместите намагниченный образец в SQUID.

Затем примените размашистое магнитное поле в диапазоне примерно 2 кг. Получите диаграмму петли намагниченности относительно внешнего магнитного поля при измерениях SQUID при комнатной температуре. Чтобы измерить жесткость кремниевой подложки, встроенной в C84, сначала поместите одну из подложек на предметный столик для образца АСМ или атомного микроскопа.

Затем проведите измерения силы в атмосферных условиях на соответствующих кремниевых подложках. Получение измерений силы, как описано ранее, с помощью АСМ и системы сверхвысокого напряжения на соответствующих кремниевых подложках. Чтобы подготовить силиконовую подложку, включите программное обеспечение OSSD.

Нажмите кнопку поиска, чтобы отобразить панель критериев поиска. Выберите кремниевую подложку, элементный тип, восстановленную структуру, полупроводниковый электроник, алмазную решетку, грань 111 и схему семь на семь. Затем нажмите на кнопки поиска и принятия, чтобы отобразить панель со списком структур.

Нажмите на нужную структуру кремния 111 семь на семь поверхности. Теперь нажмите кнопку «Файл» и сохраните файл координации как файл xyz. Затем включите программное обеспечение Ovito, загрузите файл xyz в программное обеспечение и используйте команду slice для захвата суперячейки кремниевого кремния 111 размером семь на семь с соответствующим размером, 26,878 на 46,554 ангстрем в квадрате в направлениях X и Y.

Используйте команду имитационной ячейки для регулировки размера ячейки в направлениях X и Y и смещения ячейки к исходной точке нуля. Используйте аффинное преобразование и нажмите на матрицу преобразований, чтобы сместить модель на 5,714 ангстрема в нормальном направлении. Используйте команду slice, чтобы разрезать самый нижний слой атомов в обычном направлении.

Экспортируйте файл данных в формате LAMMPS. При использовании формата файла данных LAMMPS граница ячейки будет определена. Перезагрузите данные в формате LAMMPS в Ovito.

Используйте команду переноса по периодическим границам, чтобы переупорядочить структуру внутри ячейки. Используйте аффинное преобразование и нажмите кнопку "Матрица преобразований", чтобы сместить модель на 84,6 ангстрема в нормальном направлении. Используйте команду имитационной ячейки для настройки размера ячейки на 150 ангстрем в направлении Z.

Экспортируйте файл данных в формате LAMMPS. Перезагрузите данные в Ovito. Используйте периодические изображения для дублирования суперячейки пять на три в направлениях X и Y, чтобы увеличить размер подложки.

Экспортируйте файл данных в формате LAMMPS. После подготовки координационного файла кремниевого суперэлемента 111 с подходящим размером загрузите данные в Ovito. Используйте периодические изображения для дублирования суперячейки пять на три на восемь в направлениях X, Y и Z, чтобы увеличить размер подложки.

Используйте аффинное преобразование и выберите матрицу преобразований, чтобы сместить модель к исходной точке в направлении Z 37,6184 ангстрема. Экспортируйте файл данных в формате LAMMPS. Объедините файлы данных поверхности кремния 111 семь на семь и модели подложки кремния 111 с помощью текстового редактора.

Модель подложки из кремния 111 семь на семь готова. Чтобы приготовить монослой фуллерена C84, загрузите файл координации фуллерена C84 из Интернета. С помощью самодельной программы продублируйте семь на семь фуллеренов C84, расположенных в сотовой структуре.

Далее с помощью самодельной программы уложите монослой C84 на поверхность кремния 111 семь на семь с расстоянием в три ангстрема. Используйте команду load data для загрузки имитационной модели в скрипт LAMMPS. Затем настройте область и создайте команды атомов для создания сферического зонда размером пять нанометров.

Наконец, подготовьте входной скрипт LAMMPS для моделирования отступов и рассчитайте подробные механические свойства. Монослой молекул C84 на неупорядоченной поверхности кремния 111 был изготовлен с использованием контролируемого процесса самосборки, и здесь показана серия топографических изображений, измеренных с помощью UHV-STM с различной степенью покрытия. Электронные и оптические свойства кремниевой подложки, встроенной в C84, были исследованы с помощью методов STM и фотолюминесцентного анализа.

Превосходные свойства материалов образцов демонстрируют, как нанотехнологии могут быть использованы для контроля вещества на атомном и наноуровне. Результаты MFM и SQUID показывают поверхностный магнетизм подложки, встроенной в C84. Результаты UHV-AFM демонстрируют потенциал кремниевой подложки, встроенной в C84, в качестве альтернативы полупроводниковому карбиду в наноэлектронных устройствах для высокотемпературных, мощных и высокочастотных приложений.

А также в магнитных и микроэлектромеханических системах. Здесь показан процесс молекулярно-динамического моделирования наноиндентирования подложки, встроенной в C84. Здесь показаны механические свойства заложенной фуллереновой подложки.

Соответствующие снимки в зависимости от глубины отступа можно увидеть здесь. Результаты измерения силы вдавливания в зависимости от глубины вдавливания используются для расчета твердости, приведенного модуля упругости и жесткости при раздувании монослоя C84. В настоящее время широко распространено мнение, что наноматериал приведет к практическому развитию в науке и технологиях благодаря единице слоя химических, физических и механических свойств.

С помощью всего одного монослоя фуллерена свойства кремниевой подложки могут быть кардинально изменены. В нашем исследовании кремниевая подложка, встроенная в фуллерен, имеет волнистую кромку, хорошие свойства по выбросам топлива и высокую прочность, а также является фуллереновым магнитом. Я считаю, что предложенные нами подложки будут иметь лучшие характеристики при более широком применении в нанотехнологиях.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как проводить эксперименты и моделирование поверхностного магнетизма. Демонстрация этих комплексных методов проложит путь исследователям к изучению фундаментальных свойств материалов.