C problama ₈₄ Taramalı Uç Mikroskobu ve Molecular Dynamics Kullanarak Si Maddesini Gömülü

Bu çalışmanın amacı, elde edilen malzemelerin elektronik, optoelektronik, mekanik, manyetik ve alan emisyon özelliklerinin kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını sağlamak için C84'e gömülü bir silikon substrat heterobağlantısının üretilmesi ve ardından yapılan analizdir. Forcator'da sahip olduğum nanomalzemeler, bir malzeme devriminin değişen bir trendidir. Sıska bir prob mikroskobu yardımıyla, yüzeylerdeki nanoyapıların özelliklerini yeterli ve çözünürlükte tanımlayabileceğiz.

Moleküler dinamik simülasyon kullanarak, girinti işleminin türünü, bağımlı, atomik ve mekanik davranışını izleyebiliriz. Tüm simülasyonlar, NCHC'nin bir süper kümesi ALPS'de paralel hesaplama ile önceden oluşturuldu ve tüm deney çalışmaları NCHU'nun nanobilim laboratuvarında yapıldı. Prosedürleri gösteren kişi grubumdan Che-Fu, Pei-Fang, Ya-Chi ve Wei-Pin olacak.

İlk olarak, bir silikon 111 alt tabakasını, bir çözücünün uygulanmasını içeren temizlemeye tabi tutun ve ardından oksit tabakasının ve alt tabakanın yüzeyindeki yabancı maddelerin giderilmesi için ultra yüksek bir vakum sisteminde ısıtılır. Silikon yüzeyde C84 biriktirme için, safsızlıkların gazdan atılmasını teşvik etmek için filamentleri 500 santigrat dereceye kadar ısıtarak harici bir güç kaynağına sahip bir Castle buharlaştırıcısını önceden ısıtın. Ardından, C84 nanopartiküllerini bir Castle kabına yükleyin.

Ardından, C84 nanopartiküllerini buharlaştırmak için Kale'yi dirençli bir şekilde 650 santigrat dereceye ısıtın. Şimdi, C84 nanopartiküllerini, beş çarpı 10 ila eksi sekiz pascal'ın altındaki bir basınçta kontrollü bir valf aracılığıyla silikon alt tabakaya çarpana kadar düz çizgiler halinde buharlaştırın. Bunu takiben, yapıları tek tek elde etmek için ALBA silikon 111'i 900 santigrat derecede ultra yüksek bir vakum sisteminde

C84 nanopartiküllerinin substratın yüzeyinde birikmesi için sıcaklığı 30 dakika boyunca 650 santigrat dereceye düşürün. ALBA silikon substratında, 12 saat boyunca yaklaşık 750 santigrat derecede bekletilir, bu süre zarfında toz haline getirilmiş C84 nanopartikülleri, silikon 111 substratının yüzeyinde oldukça homojen bir fulleren ışını halinde kendi kendine birleşir. Bu noktada, C84'e gömülü silikon alt tabakayı bir tarama probu mikroskobu veya SPM, numune tutucu üzerine yerleştirin.

Numuneyi değişim odasından bir numune hazırlama odasına aktarın. Tutucuyu bir UHV-STM tarama kafası sistemine yerleştirin ve numuneyi bir gözlem odasına aktarın. Ardından, uygulanan numune yanlılığını eksi beş ila beş volt arasında tarayın.

Ardından, tünelleme akımı gözünü atomik çözünürlükte ölçmek için IV ölçüm öğesine tıklayın. Ölçümler için C84'e gömülü silikon alt tabaka üzerinde en az 20 belirli konum seçin. Bant aralığı enerjisini ölçmek için, metin protokolünde belirtilen yüzeylerden daha önce açıklandığı gibi IV eğrileri elde edin.

Bunu takiben, C84'e gömülü silikon alt tabakayı bir alan emisyonu veya FE numune tutucusuna yerleştirin. Tutucuyu FE analiz odasına yerleştirin. Ardından, FE ölçümü için odayı yaklaşık beş çarpı 10 ila eksi 5 pascal arasında bir basınca boşaltın.

Alt tabakaya manuel olarak uygulanan voltajı 100'den 1.100 volta yükseltin. Akım amplifikatörlü bir yüksek voltaj kaynağı ölçüm birimi kullanarak uygulanan voltajın bir fonksiyonu olarak karşılık gelen alan emisyon akımını ölçün. Şimdi, test alt tabakasını bir optik emisyon ölçüm sisteminin numune bölmesinin ortasına yerleştirin.

Ardından, 325 nanometre emisyonlu bir helyum kadmiyum lazer kaynağına odaklanın. Spektrometreyi kurduktan sonra, yayan fotonları toplayıp analiz ederek fotolüminesans spektrumunu elde edin. Manyetik kuvvet spektroskopisi veya MFM ölçümlerinden önce C84'e gömülü silikon alt tabakanın örneklerini yaklaşık 2 kilo oersted alan kuvvetine sahip bir mıknatıs uygulayarak manyetize edin.

Manyetize numuneyi MFM numune aşamasına yerleştirdikten sonra, numunenin yüzeyine dik manyetizasyon uygulaması ile kaldırma modunda MFM kullanarak silikon substrat içine gömülü manyetik alandaki fullerenin mikro yapısını gözlemleyin. Bunu takiben, SQUID deneylerinden önce C84'e gömülü silikon substrat ve C84 kümelerinin numunelerini, yaklaşık 2 kilo oersted alan kuvvetine sahip bir mıknatıs uygulayarak C84'e gömülü silikon substrat üzerinde manyetize edin. Mıknatıslanmış numuneyi SQUID'e yerleştirin.

Ardından, yaklaşık 2 kilo oersted aralığında bir süpürme manyetik alanı uygulayın. Oda sıcaklığında SQUID ölçümlerinde harici manyetik alana karşı çizilen manyetizasyon döngülerini elde edin. C84'e gömülü silikon alt tabakanın sertliğini ölçmek için, önce alt tabakalardan birini bir AFM veya atom mikroskobu numune aşamasına yerleştirin.

Ardından, uygun silikon alt tabakalardan atmosferik koşullar altında kuvvet ölçümleri elde edin. Uygun silikon alt tabakalardan AFM ve bir UHV sistemi kullanarak daha önce açıklandığı gibi kuvvet ölçümleri elde edin. Silikon alt tabakayı hazırlamak için OSSD yazılımını açın.

Arama ölçütleri panelini göstermek için arama düğmesine tıklayın. Silikon alt tabaka, element tipi, yeniden yapılandırılmış yapı, yarı iletken elec, elmas kafes, 111 yüz ve yediye yedi desen seçin. Ardından, yapı listesi panelini görüntülemek için ara ve kabul et düğmelerine tıklayın.

İstediğiniz yapı silikonu 111 yediye yedi yüzeye tıklayın. Şimdi, dosya düğmesine tıklayın ve koordinasyon dosyasını bir xyz dosyası olarak kaydedin. Ardından, Ovito yazılımını açın, xyz dosyasını yazılıma yükleyin ve X ve Y yönlerinde kare olan 26.878 x 46.554 angstrom karesi olan uygun boyutta silikon 111 yediye yedi yüzey yapısının bir süper hücresini yakalamak için dilim komutunu kullanın.

Hücre boyutunu X ve Y yönlerinde ayarlamak ve hücreyi sıfırın başlangıç noktasına kaydırmak için simülasyon hücresi komutunu kullanın. Model 5.714 angstromlarını normal yönde kaydırmak için afin dönüşümü ve tıklama dönüşümü matrisini kullanın. En alttaki atom katmanını normal yönde kesmek için slice komutunu kullanın.

Veri dosyasını LAMMPS biçiminde dışa aktarın. LAMMPS veri dosyası formatı ile hücre sınırı tanımlanacaktır. Verileri LAMMPS formatıyla Ovito'ya yeniden yükleyin.

Hücrenin içindeki yapıyı yeniden düzenlemek için periyodik sınırlarda sarma komutunu kullanın. Model 84.6 angstromlarını normal yönde kaydırmak için afin dönüşümü ve tıklama dönüşümü matrisini kullanın. Hücre boyutunu 150 angstrom Z yönünde ayarlamak için simülasyon hücresi komutunu kullanın.

Veri dosyasını LAMMPS biçiminde dışa aktarın. Verileri Ovito'ya yeniden yükleyin. Alt tabakanın boyutunu büyütmek için X ve Y yönlerinde beşe üç süper hücreyi çoğaltmak için periyodik görüntüleri göster'i kullanın.

Veri dosyasını LAMMPS biçiminde dışa aktarın. Silikon 111 süper hücresinin uygun boyutta bir koordinasyon dosyasını hazırladıktan sonra verileri Ovito'ya yükleyin. Alt tabakanın boyutunu büyütmek için X, Y ve Z yönlerinde beşe üçe sekiz süper hücreyi çoğaltmak için periyodik görüntüleri göster'i kullanın.

Modeli Z yönünde 37.6184 angstrom başlangıç noktasına kaydırmak için afin dönüşümü kullanın ve dönüşüm matrisini seçin. Veri dosyasını LAMMPS biçiminde dışa aktarın. Silikon 111 yediye yedi yüzey ve silikon 111 alt tabaka modellerinin veri dosyalarını bir metin düzenleyici kullanarak birleştirin.

Silikon 111 yediye yedi alt tabaka modeli hazır. C84 fulleren tek katmanını hazırlamak için, C84 fullerenin koordinasyon dosyasını web'den indirin. Bal peteği yapısında düzenlenmiş yediye yedi C84 fullerenini çoğaltmak için ev yapımı bir program kullanın.

Daha sonra, C84 tek katmanını silikon 111 yediye yedi yüzeye üç angstrom mesafesiyle döşemek için ev yapımı bir program kullanın. Simülasyon modelini LAMMPS komut dosyasında yüklemek için load data komutunu kullanın. Ardından, bölgeyi ayarlayın ve beş nanometre küresel bir prob oluşturmak için atom komutları oluşturun.

Son olarak, girinti simülasyonu için bir LAMMPS giriş komut dosyası hazırlayın ve ayrıntılı mekanik özellikleri hesaplayın. Düzensiz bir silikon 111 yüzeyi üzerindeki tek katmanlı bir C84 molekülü, kontrollü bir kendi kendine montaj işlemi kullanılarak üretildi ve UHV-STM ile çeşitli kapsama derecelerine sahip bir dizi topografik görüntü burada gösteriliyor. C84 gömülü silikon substratın elektronik ve optik özellikleri, STM ve fotolüminesans analiz teknikleri kullanılarak araştırıldı.

Numunelerin mükemmel malzeme özellikleri, nanoteknolojinin atomik ve nano ölçeklerde maddenin kontrolü için nasıl kullanılabileceğini göstermektedir. MFM ve SQUID sonuçları, C84 gömülü alt tabakanın yüzey manyetizmasını gösterir. UHV-AFM sonuçları, yüksek sıcaklık, yüksek güç, yüksek frekanslı uygulamalar için nanoelektronik cihazlarda yarı iletken karbüre alternatif olarak C84'e gömülü silikon alt tabakanın potansiyelini göstermektedir.

Manyetik ve mikroelektromekanik sistemlerde olduğu gibi. C84 gömülü substratın nanoindentasyonu üzerindeki moleküler dinamik simülasyon süreci burada gösterilmektedir. Fulleren gömülü substratın mekanik özellikleri burada gösterilmiştir.

Girinti derinliğinin bir fonksiyonu olarak karşılık gelen anlık görüntüler burada görülebilir. Girinti derinliğinin bir fonksiyonu olarak girinti kuvvetinin sonuçları, C84 tek katmanının sertliğini, azaltılmış modülünü ve şişkinlik sertliğini hesaplamak için kullanılır. Artık bir nanomalzemenin, kimyasal, fiziksel ve mekanik özelliklerin katman birimi nedeniyle bilim ve teknolojilerde uygulanabilir bir gelişme getireceği popüler bir algıdır.

Sadece bir tek katmanlı fulleren ile silikon substratın özellikleri önemli ölçüde değiştirilebilir. Çalışmamızda, fulleren gömülü silikon substrat, dalgalanan bir kenara, iyi yakıt emisyon özelliklerine ve yüksek mukavemete sahiptir ve ayrıca fulleren manyetiktir. Önerilen substratlarımızın nanoteknolojide daha geniş bir uygulamada daha iyi bir performansa sahip olacağına inanıyorum.

Bu videoyu izledikten sonra, yüzey manyetizması için deneylerin ve simülasyonların nasıl gerçekleştirileceğini iyi anlamış olmalısınız. Bu kapsamlı tekniklerin gösterilmesi, araştırmacıların malzemelerin temel özelliklerini keşfetmelerinin yolunu açacaktır.