التحقيق C ₈₄ -embedded سي الركيزة عن طريق المجهر التحقيقي وحيوية الجزيئية

الهدف من هذه الدراسة هو تصنيع الوصلة غير المتجانسة لركيزة السيليكون المضمنة في C84 والتحليل اللاحق للحصول على فهم شامل لخصائص الانبعاث الإلكترونية والإلكترونية الضوئية والميكانيكية والمغناطيسية والميدانية للمواد الناتجة. المواد النانوية التي أمتلكها في forcator هي اتجاه متراوح لثورة مادية. بمساعدة مجهر مسبار نحيف ، سنكون قادرين على تحديد خصائص الهياكل النانوية على الأسطح بدقة كافية ودقيقة.

باستخدام المحاكاة الديناميكية الجزيئية ، يمكننا مراقبة النوع والسلوك التابع والذري والميكانيكي لعملية المسافة البادئة. تم تشكيل جميع عمليات المحاكاة باستخدام الحوسبة المتوازية في ALPS فائقة الكتلة من NCHC وتم إجراء جميع أعمال التجربة في مختبر علوم النانو التابع ل NCHU. الشخص الذي أظهر الإجراءات سيكون Che-Fu و Pei-Fang و Ya-Chi و Wei-Pin من مجموعتي.

أولا ، قم بإخضاع ركيزة السيليكون 111 للتنظيف الذي يتضمن تطبيق مذيب متبوعا بالتسخين في نظام تفريغ فائق الارتفاع لإزالة طبقة الأكسيد والشوائب من سطح الركيزة. بالنسبة لترسيب C84 على سطح السيليكون ، قم بتسخين مبخر Castle مسبقا بمصدر طاقة خارجي من خلال خيوط التسخين إلى 500 درجة مئوية لتعزيز إخراج الشوائب من الغازات. بعد ذلك ، قم بتحميل الجسيمات النانوية C84 في حاوية القلعة.

بعد ذلك ، قم بتسخين القلعة بمقاومة إلى 650 درجة مئوية لتبخير الجسيمات النانوية C84. الآن ، تبخر الجسيمات النانوية C84 في خطوط مستقيمة حتى تصطدم بركيزة السيليكون من خلال صمام متحكم فيه عند ضغط أقل من خمسة في 10 أس سالب ثمانية باسكال. بعد ذلك ، قبل التثبيت في السيليكون ALBA 111 في نظام فراغ فائق الارتفاع عند 900 درجة مئوية للحصول على الهياكل واحدة تلو الأخرى.

اخفض درجة الحرارة إلى 650 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة لترسب الجسيمات النانوية C84 على سطح الركيزة. في ركيزة السيليكون ALBA عند حوالي 750 درجة مئوية لمدة 12 ساعة ، تتجمع خلالها الجسيمات النانوية المسحوقة C84 ذاتيا في شعاع فوليرين موحد للغاية على سطح ركيزة السيليكون 111. في هذه المرحلة ، ضع ركيزة السيليكون المدمجة في C84 على حامل عينة مسبار المسح الضوئي ، أو SPM.

انقل العينة من غرفة التبادل إلى غرفة تحضير العينة. أدخل الحامل في نظام رأس المسح الضوئي UHV-STM وانقل العينة إلى غرفة المراقبة. بعد ذلك ، قم بمسح انحياز العينة المطبق من سالب خمسة إلى خمسة فولت.

بعد ذلك ، انقر فوق عنصر القياس IV لقياس عين التيار النفقي بالدقة الذرية. اختر ما لا يقل عن 20 موقعا معينا على ركيزة السيليكون المدمجة في C84 للقياسات. لقياس طاقة فجوة النطاق ، احصل على منحنيات IV كما هو موضح سابقا من الأسطح الموضحة في بروتوكول النص.

بعد ذلك ، ضع ركيزة السيليكون المضمنة في C84 على حامل عينة انبعاث المجال ، أو FE ، . أدخل الحامل في غرفة تحليل FE. بعد ذلك، قم بإخلاء الغرفة إلى ضغط يبلغ حوالي خمسة في 10 أس سالب 5 باسكال لقياس FE.

قم بزيادة الجهد المطبق يدويا على الركيزة من 100 إلى 1 ، 100 فولت. قم بقياس تيار انبعاث المجال المقابل كدالة للجهد المطبق باستخدام وحدة قياس مصدر الجهد العالي مع مضخم التيار. الآن ، ضع ركيزة الاختبار في وسط حجرة العينة لنظام قياس الانبعاث البصري.

بعد ذلك ، ركز مصدر ليزر الهيليوم والكادميوم بانبعاثات 325 نانومتر. بعد إعداد مقياس الطيف ، احصل على طيف التلألؤ الضوئي عن طريق جمع وتحليل الفوتونات الباعثة. مغنطة عينات من ركيزة السيليكون المضمنة في C84 قبل التحليل الطيفي للقوة المغناطيسية ، أو قياسات MFM ، عن طريق تطبيق مغناطيس بقوة مجال تبلغ حوالي 2 كيلو أورستد.

بعد وضع العينة الممغنطة على مرحلة عينة MFM ، لاحظ البنية المجهرية للفوليرين في المجال المغناطيسي المضمن داخل ركيزة السيليكون باستخدام MFM في وضع الرفع مع تطبيق المغنطة بشكل عمودي على سطح العينة. بعد ذلك ، قم بمغنطة عينات من ركيزة السيليكون المضمنة في C84 ومجموعات C84 على ركيزة السيليكون المدمجة في C84 قبل تجارب SQUID عن طريق تطبيق مغناطيس بقوة مجال تبلغ حوالي 2 كيلو. ضع العينة الممغنطة في الحبار.

ثم قم بتطبيق مجال مغناطيسي كاسح في نطاق 2 كيلو تقريبا. احصل على حلقات المغنطة المرسومة مقابل المجال المغناطيسي الخارجي في قياسات SQUID في درجة حرارة الغرفة. لقياس صلابة ركيزة السيليكون المدمجة في C84 ، ضع أولا إحدى الركائز على مرحلة عينة AFM أو المجهر الذري.

بعد ذلك ، احصل على قياسات القوة في ظل الظروف الجوية من ركائز السيليكون المناسبة. احصل على قياسات القوة كما هو موضح سابقا باستخدام AFM ونظام UHV من ركائز السيليكون المناسبة. لتحضير ركيزة السيليكون ، قم بتشغيل برنامج OSSD.

انقر فوق زر البحث لإظهار لوحة معايير البحث. اختر ركيزة السيليكون ، ونوع العناصر ، والهيكل المعاد بناؤه ، والكهرباء شبه الموصلة ، والشبكة الماسية ، و 111 وجها ، ونمط سبعة في سبعة. ثم انقر فوق أزرار البحث والقبول لعرض لوحة قائمة الهيكل.

انقر فوق الهيكل المطلوب السيليكون 111 سبعة في سبعة سطح. الآن ، انقر فوق الزر "ملف" واحفظ ملف التنسيق كملف xyz. بعد ذلك ، قم بتشغيل برنامج Ovito ، وقم بتحميل ملف xyz في البرنامج ، واستخدم الأمر slice لالتقاط خلية فائقة من الهيكل السطحي للسيليكون 111 سبعة × سبعة بالحجم المناسب ، 26.878 × 46.554 angstrom مربع في اتجاهين X و Y.

استخدم الأمر simulation cell لضبط حجم الخلية في الاتجاهين X وY وتحويل الخلية إلى نقطة الأصل الصفر. استخدم تحويل affine وانقر فوق مصفوفة التحويل لتحويل النموذج 5.714 أنجستروم في الاتجاه العادي. استخدم الأمر slice لقطع الطبقة السفلية من الذرة في الاتجاه الطبيعي.

قم بتصدير ملف البيانات بتنسيق LAMMPS. باستخدام تنسيق ملف بيانات LAMMPS، سيتم تحديد حدود الخلية. أعد تحميل البيانات بتنسيق LAMMPS في Ovito.

استخدم الأمر wrap at periodic boundaries لإعادة ترتيب البنية داخل الخلية. استخدم تحويل affine وانقر فوق مصفوفة التحويل لتحويل نموذج 84.6 أنجستروم في الاتجاه الطبيعي. استخدم الأمر simulation cell لضبط حجم الخلية 150 angstroms في الاتجاه Z.

قم بتصدير ملف البيانات بتنسيق LAMMPS. أعد تحميل البيانات في Ovito. استخدم إظهار الصور الدورية لتكرار خلية فائقة خمسة في ثلاثة في الاتجاهين X و Y لتكبير حجم الركيزة.

قم بتصدير ملف البيانات بتنسيق LAMMPS. بعد إعداد ملف تنسيق للسيليكون 111 خلية فائقة بالحجم المناسب ، قم بتحميل البيانات في Ovito. استخدم إظهار الصور الدورية لتكرار خلية فائقة خمسة في ثلاثة في ثمانية في اتجاهات X و Y و Z لتكبير حجم الركيزة.

استخدم تحويل affine وحدد مصفوفة التحويل لتحويل النموذج إلى نقطة الأصل في الاتجاه Z 37.6184 angstroms. قم بتصدير ملف البيانات بتنسيق LAMMPS. اجمع بين ملفات البيانات الخاصة بسطح السيليكون 111 سبعة في سبعة ونماذج ركيزة السيليكون 111 باستخدام محرر نصوص.

نموذج الركيزة السيليكون 111 سبعة في سبعة جاهز. لتحضير الطبقة الأحادية C84 فوليرين ، قم بتنزيل ملف التنسيق الخاص ب C84 fullerene من الويب. استخدم برنامجا محليا لتكرار سبعة في سبعة فوليرين C84 مرتبة في هيكل قرص العسل.

بعد ذلك ، استخدم برنامجا محلي الصنع لوضع طبقة أحادية C84 على سطح السيليكون 111 سبعة في سبعة بمسافة ثلاثة أنجستروم. أستخدم الأمر load data لتحميل نموذج المحاكاة في البرنامج النصي LAMMPS. بعد ذلك ، قم بإعداد المنطقة وإنشاء أوامر ذرة لإنشاء مسبار كروي بطول خمسة نانومتر.

أخيرا ، قم بإعداد برنامج نصي إدخال ل LAMMPS لمحاكاة المسافة البادئة وحساب الخصائص الميكانيكية التفصيلية. تم تصنيع طبقة أحادية من جزيئات C84 على سطح سيليكون 111 مضطرب باستخدام عملية تجميع ذاتية خاضعة للرقابة ، وتظهر هنا سلسلة من الصور الطبوغرافية التي تم قياسها بواسطة UHV-STM بدرجات مختلفة من التغطية. تم التحقيق في الخصائص الإلكترونية والبصرية لركيزة السيليكون المدمجة في C84 باستخدام تقنيات STM وتحليل التلألؤ الضوئي.

توضح الخصائص المادية الممتازة للعينات كيف يمكن استخدام تقنية النانو للتحكم في المادة على المقاييس الذرية والنانوية. تظهر نتائج MFM و SQUID المغناطيسية السطحية للركيزة المدمجة في C84. توضح نتائج UHV-AFM إمكانات ركيزة السيليكون المدمجة في C84 كبديل لكربيد أشباه الموصلات في الأجهزة الإلكترونية النانوية لتطبيقات درجات الحرارة العالية والطاقة العالية والتردد العالي.

وكذلك في الأنظمة المغناطيسية والكهروميكانيكية الدقيقة. تظهر هنا عملية المحاكاة الديناميكية الجزيئية على المسافة البادئة النانوية للركيزة المدمجة في C84. يتم عرض الخواص الميكانيكية للركيزة الفوليرين المدمجة هنا.

يمكن رؤية اللقطات المقابلة كدالة لعمق المسافة البادئة هنا. تستخدم نتائج قوة المسافة البادئة كدالة لعمق المسافة البادئة لحساب الصلابة والمعامل المنخفض وصلابة الانتفاخ للطبقة الأحادية C84. أصبح الآن تصورا شائعا بأن المادة النانوية ستؤدي إلى تطور قابل للتطبيق في العلوم والتقنيات بسبب وحدة الطبقة من الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية.

مع طبقة واحدة فقط أحادية من الفوليرين ، يمكن تغيير خصائص ركيزة السيليكون بشكل كبير. في دراستنا ، تتميز ركيزة السيليكون المدمجة بالفوليرين بحافة التلويح ، وخصائص انبعاث الوقود الجيدة ، والقوة العالية ، وهي أيضا مغناطيسية فوليرين. أعتقد أن ركائزنا المقترحة سيكون لها أداء أفضل في تطبيق أوسع في تكنولوجيا النانو.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إجراء التجارب والمحاكاة للمغناطيسية السطحية. سيمهد عرض هذه التقنيات الشاملة الطريق للباحثين لاستكشاف الخصائص الأساسية للمواد.