C problama

Bu çalışmanın amacı, C84 gömülü bir silikon substrat hetereeklemi oluşturmak ve ortaya çıkan malzemelerin elektronik, optoelektronik, mekanik, manyetik ve alan emisyon özelliklerini kapsamlı bir şekilde anlamak için analizler gerçekleştirmektir. Nanomalzemeler, malzeme devriminin yükselen bir trendini temsil etmektedir. Bir taramalı prob mikroskobu yardımıyla, yüzeylerdeki nanoyapıların karakteristiklerini yeterli bir çözünürlükle tanımlayabileceğiz.

Moleküler dinamik simülasyonu kullanarak, girintileme sürecinin türe bağlı atomik ve mekanik davranışlarını izleyebiliriz. Tüm simülasyonlar, NCHC'nin ALPS süper kümesinde paralel hesaplama ile gerçekleştirilmiş ve tüm deneysel çalışmalar NCHU'nun nanobilim laboratuvarında yapılmıştır. Prosedürleri uygulamayı gösterecek kişiler grubumdan Che-Fu, Pei-Fang, Ya-Chi ve Wei-Pin olacaktır.

İlk olarak, silikon 111 alt tabakasını, bir çözücü uygulaması ve ardından alt tabaka yüzeyindeki oksit tabakasını ve safsızlıkları gidermek için ultra yüksek vakum sisteminde ısıtmayı içeren bir temizleme işlemine tabi tutun. Silikon yüzeyine C84 biriktirmek için, safsızlıkların gaz çıkışını teşvik etmek amacıyla bir Castle evaporatörünü, ısıtma filamentleri aracılığıyla harici bir güç kaynağıyla 500 degrees celsius dereceye önceden ısıtın. Ardından, C84 nanoparçacıklarını bir Castle kabına yükleyin.

Ardından, C84 nanoparçacıklarını buharlaştırmak için Castle'ı rezistif olarak 650 °C'ye ısıtın. Şimdi, 5 × 10⁻⁸ Pa'nın altındaki bir basınçta, kontrollü bir valf aracılığıyla C84 nanoparçacıklarını silikon substrata çarpana kadar düz hatlar halinde buharlaştırın. Bunu takiben, 1x1 yapılarını elde etmek için ALBA silikon 111 substratını ultra yüksek vakum sisteminde 900 °C'de ön ısıtmaya tabi tutun.

C84 nanoparçacıklarının alt tabaka yüzeyine çökelmesi için sıcaklığı 650 degrees celsius dereceye düşürün ve 30 dakika bekleyin. ALBA silikon alt tabakada, toz halindeki C84 nanoparçacıklarının silikon 111 alt tabaka yüzeyinde oldukça düzenli bir fulleren dizisi oluşturacak şekilde kendi kendine organize olduğu yaklaşık 750 degrees celsius sıcaklıkta 12 saat bekletin. Bu noktada, C84 gömülü silikon alt tabakayı bir taramalı prob mikroskopu veya SPM örnek tutucusuna yerleştirin.

Numuneyi değişim odasından numune hazırlama odasına aktarın. Tutucuyu bir UHV-STM tarama başlığı sistemine yerleştirin ve numuneyi bir gözlem odasına aktarın. Ardından, uygulanan numune biasını eksi beşten artı beş volta kadar tarayın.

Ardından, atomik çözünürlükte tünelleme akımı gözünü ölçmek için IV ölçüm öğesine tıklayın. Ölçümler için C84 gömülü silikon substrat üzerinde en iyice 20 özel konum seçin. Bant aralığı enerjisini ölçmek için, metin protokolünde belirtilen yüzeylerden daha önce açıklanan şekilde IV eğrileri elde edin.

Bunun ardından, C84 gömülü silikon substratı bir alan emisyonu (FE) numune tutucusuna yerleştirin. Tutucuyu FE analiz odasına yerleştirin. Ardından, FE ölçümü için odayı yaklaşık 5 x 10⁻⁵ pascal basınca kadar vakumlayın.

Substrata uygulanan voltajı manuel olarak 100'den 1.100 volta yükseltin. Bir akım amplifikatörlü yüksek voltaj kaynak ölçüm ünitesi kullanarak, uygulanan voltajın bir fonksiyonu olarak karşılık gelen alan emisyon akımını ölçün. Ardından, test substratını bir optik emisyon ölçüm sisteminin numune bölmesinin merkezine yerleştirin.

Ardından, 325 nanometre emisyonlu bir helyum kadmiyum lazer kaynağı odaklayın. Spektrometreyi kurduktan sonra, yayılan fotonları toplayıp analiz ederek fotolüminesans spektrumunu elde edin. Manyetik kuvvet spektroskopisi veya MFM ölçümleri öncesinde, yaklaşık 2 kilo oersted alan şiddetine sahip bir mıknatıs uygulayarak C84 gömülü silikon substrat örneklerini mıknatıslaştırın.

Magnetize edilmiş örneği MFM örnek tablasına yerleştirdikten sonra, numune yüzeyine dik mıknatıslanma uygulayarak lift modundaki MFM'yi kullanarak silikon substrata gömülü manyetik alan içindeki fullerenin mikro yapısını gözlemleyin. Bunu takiben, SQUID deneyleri öncesinde, yaklaşık 2 kilo oersted alan şiddetine sahip bir mıknatıs uygulayarak C84 gömülü silikon substrat örneklerini ve C84 gömülü silikon substrat üzerindeki C84 kümelerini magnetize edin. Magnetize edilen örneği SQUID'e yerleştirin.

Ardından, yaklaşık 2 kilo oersted aralığında tarayıcı bir manyetik alan uygulayın. Oda sıcaklığındaki SQUID ölçümlerinde, dış manyetik alana karşı çizilmişle manyetizasyon döngülerini elde edin. C84 gömülü silikon substratın sertliğini ölçmek için, önce substratlardan birini bir AFM veya atomik kuvvet mikroskobu numune tablasına yerleştirin.

Ardından, uygun silikon alt tabakalardan atmosferik koşullar altında kuvvet ölçümleri elde edin. AFM ve bir UHV sistemi kullanarak, daha önce açıklanan şekilde uygun silikon alt tabakalardan kuvvet ölçümleri alın. Silikon alt tabakayı hazırlamak için OSSD yazılımını çalıştırın.

Arama kriterleri panelini görüntülemek için arama düğmesine tıklayın. Silikon altlık, elementel tip, yeniden yapılandırılmış yapı, yarı iletken elec, elmas kafes, 111 yüzü ve yedi çarpı yedi desen seçeneklerini belirleyin. Ardından, yapı listesi panelini görüntülemek için arama ve kabul düğmelerine tıklayın.

İstenilen silikon 111 yedi çarp yedi yüzey yapısına tıklayın. Şimdi, dosya butonuna tıklayın ve koordinat dosyasını bir xyz dosyası olarak kaydedin. Ardından, Ovito yazılımını açın, xyz dosyasını yazılıma yükleyin ve X ve Y yönlerinde 26.878 çarp 46.554 angstrom karelik uygun boyutta bir silikon 111 yedi çarp yedi yüzey yapısı süper hücresi yakalamak için slice komutunu kullanın.

Hücre boyutunu X ve Y yönlerinde ayarlamak ve hücreyi sıfır başlangıç noktasına taşımak için simülasyon hücresi komutunu kullanın. Modeli normal yönde 5.714 angstrom kaydırmak için afin dönüşümünü kullanın ve dönüşüm matrisine tıklayın. Normal yönde en alttaki atom katmanını kesmek için dilimleme komutunu kullanın.

Veri dosyasını LAMMPS formatında dışa aktarın. LAMMPS veri dosyası formatı ile hücre sınırları tanımlanmış olacaktır. Verileri LAMMPS formatında Ovito'ya yeniden yükleyin.

Hücre içindeki yapıyı yeniden düzenlemek için wrap at periodic boundaries komutunu kullanın. Modeli normal yönde 84,6 angstrom kaydırmak için affine transformation özelliğini kullanın ve transform matrix seçeneğine tıklayın. Hücre boyutunu Z yönünde 150 angstrom olarak ayarlamak için simulation cell komutunu kullanın.

Veri dosyasını LAMMPS formatında dışa aktarın. Verileri Ovito'ya yeniden yükleyin. Alt tabakanın boyutunu büyütmek için, X ve Y yönlerinde beş çarpı üç süper hücreyi çoğaltmak amacıyla "show periodic images" özelliğini kullanın.

Veri dosyasını LAMMPS formatında dışa aktarın. Uygun boyutta bir silisyum 111 süper hücresi koordinasyon dosyası hazırladıktan sonra verileri Ovito'ya yükleyin. Alt tabakanın boyutunu büyütmek için X, Y ve Z yönlerinde beş çarpı üç çarpı sekizlik bir süper hücreyi çoğaltmak üzere periyodik görüntüleri göster seçeneğini kullanın.

Modeli Z yönünde 37,6184 angstrom kaydırarak başlangıç noktasına taşımak için afin dönüşümü kullanın ve dönüşüm matrisini seçin. Veri dosyasını LAMMPS formatında dışa aktarın. Silikon 111 yedi çarp yedi yüzey ve silikon 111 alt tabaka modellerinin veri dosyalarını bir metin düzenleyici kullanarak birleştirin.

Silikon 111 yedi çarpı yedi altlık modeli hazırdır. C84 fulleren tek katmanını hazırlamak için, C84 fulleren koordinasyon dosyasını webden indirin. Bal peteği yapısında düzenlenmiş yedi çarpı yedi C84 fullerenini çoğaltmak için özel olarak geliştirilmiş bir program kullanın.

Ardından, C84 tek katmanını silikon 111 yedi x yedi yüzeyine üç angstrom mesafede yerleştirmek için özel olarak hazırlanmış bir program kullanın. LAMMPS betiğindeki simülasyon modelini yüklemek için load data komutunu kullanın. Daha sonra, beş nanometrelik küresel bir prob oluşturmak için region ve create atom komutlarını ayarlayın.

Son olarak, girintileme simülasyonu için bir LAMMPS girdi betiği hazırlayın ve ayrıntılı mekanik özellikleri hesaplayın. Kontrollü bir kendi kendine düzenlenme süreci kullanılarak düzensiz bir silikon 111 yüzeyi üzerinde tek katmanlı C84 molekülleri oluşturulmuştur ve çeşitli kapsama derecelerinde UHV-STM ile ölçülen bir dizi topografik görüntü burada gösterilmiştir. C84 gömülü silikon substratın elektronik ve optik özellikleri, STM ve fotolüminesans analiz teknikleri kullanılarak incelenmiştir.

Numunelerin mükemmel malzeme özellikleri, nanoteknolojinin atomik ve nano ölçeklerde madde kontrolü için nasıl kullanılabileceğini göstermektedir. MFM ve SQUID sonuçları, C84 gömülü alt tabakanın yüzey manyetizmasını ortaya koymaktadır. UHV-AFM sonuçları, C84 gömülü silikon alt tabakanın; yüksek sıcaklık, yüksek güç ve yüksek frekans uygulamaları için nanoelektronik cihazlarda yarı iletken karbürle karşılaştırılabilir bir alternatif olma potansiyelini kanıtlamaktadır.

Manyetik ve mikroelektromekanik sistemlerin yanı sıra. C84 gömülü altlığın nanoindentasyonuna ilişkin moleküler dinamik simülasyon süreci burada gösterilmektedir. Fulleren gömülü altlığın mekanik özellikleri burada gösterilmektedir.

İndentasyon derinliğine bağlı ilgili anlık görüntüler burada görülebilir. İndentasyon kuvvetinin indentasyon derinliğine bağlı sonuçları; C84 tek katmanının sertliğini, indirgenmiş modülünü ve şişme sertliğini hesaplamak için kullanılır. Nanomalzemelerin, kimyasal, fiziksel ve mekanik özelliklerinin katmanlı birimi nedeniyle bilim ve teknolojilerde uygulanabilir bir gelişme sağlayacağı günümüzde yaygın bir kanıdır.

Sadece tek bir fullerene mono-tabakası ile silikon substratın özellikleri önemli ölçüde değiştirilebilir. Çalışmamızda, fullerene gömülü silikon substratın dalgalı bir kenara, iyi yakıt emisyon özelliklerine ve yüksek bir mukavemete sahip olduğu, ayrıca fullerenen'in manyetik olduğu görülmüştür. Önerdiğimiz substratların, nanoteknolojideki daha geniş uygulamalarda daha iyi bir performans sergileyeceğine inanıyorum.

Bu videoyu izledikten sonra, yüzey manyetizması için deneylerin ve simülasyonların nasıl gerçekleştirileceği konusunda kapsamlı bir anlayışa sahip olmanız gerekir. Bu kapsamlı tekniklerin gösterimi, araştırmacıların malzemelerin temel özelliklerini keşfetmelerine yol açacaktır.