C problama<sub&gt; 84</sub&gt; Taramalı Uç Mikroskobu ve Molecular Dynamics Kullanarak Si Maddesini Gömülü

Özet

This paper reports the nanomaterial fabrication of a fullerene Si substrate inspected and verified by nanomeasurements and molecular dynamic simulation.

Özet

Bu çalışma, bir dizi tasarlanmış Cı ₈₄ Si substratı Gömülü bir ultra yüksek vakum odası içinde kontrollü bir kendi kendine montaj yöntemi kullanılarak imal bildirir. C ₈₄ özellikleri, bu tür atom çözünürlüklü topoğrafya, devletlerin yerel elektronik yoğunluk, bant boşluk enerjisine, saha emisyon özelliklerinin, nanomekanik sertliği ve yüzey manyetizma olarak, Si yüzey Gömülü ultra altında yüzey analiz teknikleri kullanarak çeşitli incelendi yüksek vakum (UHV) koşullarının yanı sıra bir atmosfer sistemi. Deneysel sonuçlar C ₈₄ yüksek tekdüzelik Si yüzey kontrollü bir öz-montaj nanoteknoloji mekanizmasını kullanarak, kesme aletleri alan emisyon ekran (FED), optoelektronik cihaz imalat, MEMS uygulanmasında önemli bir gelişmeyi temsil fabrikasyon Gömülü ve çabaları göstermek karbür yarı iletkenler için uygun bir yedek bulmak için. Yarı deneysel potansiyeli olan moleküler dinamik (MD) yöntemi olabilir bC ₈₄ nanoindentation incelemek için kullanılan e Si substrat Gömülü. MD simülasyonunu yapmak için ayrıntılı bir açıklama sunulmuştur. Böyle girinti kuvveti, Young modülü, yüzey sertliği, atom stres ve atomik suşu olarak MD simülasyon mekanik analiz üzerine kapsamlı bir çalışma için ayrıntılar yer almaktadır. girinti modeli atom stres ve von Mises-gerinme dağılımları atomlarla düzeyde zaman değerlendirme ile deformasyon mekanizmasını izlemek için hesaplanabilir.

Giriş

Fulleren moleküller ve nedeniyle mükemmel yapısal özellikler, elektronik iletkenlik, mekanik mukavemet ve kimyasal özellikleri ^1-4'e de nano arasındaki ayırt edici ihtiva kompozit malzemeler. Bu malzemeler elektronik, bilgisayar, yakıt hücresi teknolojisi, güneş pilleri ve saha emisyon teknolojisi ^5,6 gibi alanlarda, bir dizi son derece yararlı olduğu kanıtlanmıştır.

Bu malzemeler arasında, silisyum karbür (SiC) nanoparçacık kompozitler, geniş bant boşluğu, yüksek ısı iletkenliği ve istikrar, yüksek elektrik arıza yeteneği, ve kimyasal eylemsizlik özellikle dikkat sayesinde aldık. Bu faydalar optoelektronik cihazlar özellikle açıktır, metal oksit yarıiletken alan etkili transistörler (MOSFET), ışık yayan diyotlar (LED'ler) ve yüksek güç, yüksek frekans ve yüksek sıcaklık uygulamaları. Bununla birlikte, yüksek yoğunluklu kusurları yaygın Sözleşmenin yüzeyinde görülenÖnal silisyum karbür bile cihaz arızası ^7,8 giden, elektronik yapısı üzerinde zararlı etkileri olabilir. SiC uygulaması 1960 yılından beri çalışılmıştır gerçeğine rağmen, bu özel çözümlenmemiş sorun olmaya devam etmektedir.

Bu çalışmanın amacı, bir C ₈₄ fabrikasyon sonuçlanan malzemelerin, elektronik optoelektronik, mekanik, manyetik, ve alan emisyon özelliklerinin kapsamlı bir anlayış elde etmek için Si substrat heteroeklem ve sonraki analizlere Gömülü oldu. Biz de moleküler dinamik hesaplamaları yeni uygulaması ile, nanomateryallerin özelliklerini tahmin etmek sayısal simülasyonu kullanarak sorunu ele.

Protokol

NOT: Kağıt, bir yarı iletken alt-tabaka yüzeyi üzerinde bir kendi kendini monte fulleren dizisinin oluşturulmasında kullanılan yöntem açıklar. Özel olarak, yüksek olduğu kadar mikro elektro mekanik sistemlerin (MEMS) ve yüksek sıcaklık, yüksek güçlü optoelektronik aygıtlar, uygulamalar bir alan vericisi veya alt-tabaka olarak kullanım için fulleren gömülü silikon alt-tabakanın hazırlanması için yeni bir yöntem mevcut -Frekans cihazları ^9-13.

1. Fabrikasyon altıgen kapalı ambalajlı (HCP) overlayer C ₈₄ Si Yüzey üzerinde

1. Temiz Si ​​(111) Maddesini hazırlayın
   1. alt-tabakanın yüzeyinden oksit tabakası ve yabancı maddelerin çıkarılması için bir ultra-yüksek vakum sistemine ve ardından ısıtılması, bir çözücü uygulanmasını kapsayan RCA tabi Si alt-tabaka temizleme (Amerika Radyo Corporation), (destek malzemesi bakınız).
      NOT: Burada dönem "UHV ultra yüksek vakum sistemi" anlamına gelir1 x 10 altında bir vakuma ^-8 Pa Si (111) göstermek üzere kullanılmaktadır.
2. Bir UHV Sistemde Termal Buharlaşma kullanarak Silikon Yüzeyinde Mevduat C ₈₄
   1. yabancı maddelerin gaz çıkışının teşvik etmek 500 ° C'ye kadar ısıtma filamentler ile harici güç kaynağına sahip bir K-hücre evaporatör önceden ısıtınız.
   2. K-hücre kabına C ₈₄ nanopartiküller yükleyin. Dirençli 650 ° C K-hücre ısıtın. Kapta C ₈₄ nanopartiküller buharlar oluşturmak olarak Cl ₈₄ nanopartiküller buharlaştırmak. Nanotanecikler, 5 x 10 ^-8 Pa altında bir basınçta bir kontrol vanası ile Si alt tabaka çıkarana kadar Cı düz çizgiler ₈₄ nano-tanecikleri buharlaşır.
3. Self-montaj Mekanizması aracılığıyla Si Yüzey içinde Göm C ₈₄ Moleküller
   1. 900 ° C 'de, bir ultra yüksek vakum sistemine önceden tavlama Si (111) substrat (1x1) yapılar elde edilmiştir. DEPOS 30 dakika boyunca 650 ° C'ye düşürülüralt-tabakanın yüzeyi üzerine Cı ₈₄ nanopartiküllerinin yerleştirme.
   2. ~ 750 Si substratı tavlanması C toz-Cı ₈₄ nano-tanecikleriyle bu süre içinde 12 saat, Si (111) substrat yüzeyi üzerinde bir yüksek oranda homojen olan fulleren dizi halinde kendi kendine birleşemez.
      Not: Burada, "yüksek ölçüde düzgün fulleren dizi" nanopartiküller en alt-tabakanın yüzeyine dik bir toplu düzenleme yönlendirilmiş olan alt-tabaka üzerinde fullerenin düzgün dağılımı anlamına gelir. Bu yapılandırma, fulleren dizi dikey yüksekliği tüm örneklerde esas olarak benzer olmasını sağlamak için yardımcı oldu.

C ₈₄ Elektronik Özelliklerinin 2. Ölçümler Si Maddesini Gömülü

1. UHV-taramalı tünelleme mikroskobu kullanarak Devletlerin Yerel Elektronik Yoğunluk ölçmek
   1. UHV-SPM kullanarak belirli atomlu IV eğrisi ölçülür
   2. Yeri C ₈₄ Bir SPM örnek tutucu Si substrat Gömülü. Bir UHV-STM (Taramalı tünelleme mikroskobu) tarama kafası sistemine tutucu tanıtmak. -5 V 5 V uygulanan numune önyargı Sweep
   3. atomik çözünürlükte tünel akımını ben ölçmek için "IV" ölçüm öğenin üzerine tıklayın. Ölçümler için C ₈₄ Gömülü Si alt tabaka üzerinde en az 20 belirli yerleri seçin. tünel akımı Ben üzerinden 20 belirli yerlerde ortalama değerini hesaplayın. voltajın bir fonksiyonu olarak I türevi. Plot IV eğrileri.
   4. Cı ₈₄ yerel elektronik durumunu belirlemek amacıyla voltajın bir fonksiyonu olarak dl / DV IV eğrileri dönüştürme V ile ilgili I (V) 'in bir türevini hesaplamak Si alt tabaka Gömülü.
2. Bant Gap Enerji ölçün
   1. Aşağıdaki seçenekler arasından 2.1.2 ve 2.1.3 prosedürlere göre IV eğrileri elde: Si (111) -7x7 yüzeyi, Si (111) -1x1 yüzeyi, tek bireysel C Si ₈₄ nanopartiküller, 7-19 C ₈₄Si kümeleri, 20-50 C ₈₄ Si kümeleri ve Si yüzeyi içinde gömülü C ₈₄ bir tek tabaka.
   2. Şekil 2a'da gösterildiği gibi, her bir ölçüm konumda (bant boşluk enerjisine karşı adlandırılır) homo-LUMO enerji farkları ölçmek için dl / dU eğrileri IV eğrileri dönüştürme V ile ilgili I (V) 'in bir türevini hesaplayın.
3. Alan Emisyon (FE) Properties elde
   1. Yeri C ₈₄ FE numune tutucu Si substrat Gömülü. FE analiz odasına tutucu yerleştirin. FE ölçümü için yaklaşık 5 x 10 ^-5 Pa bir basınç odasının tahliye edin.
      Not: Cı ₈₄ Gömülü silikon substrat katod 0.71 ^mm2 anot olarak görev aralığında bir enine kesit alanına sahip bir bakır prob olarak kullanılmıştır. katot ile anot arasındaki mesafe yaklaşık 590 mm idi.
   2. uyumluluğunu Tedbir 100 V V 1100 ila tabaka üzerinde elle uygulanan gerilimi artırmakMevcut amplifikatör ile bir yüksek gerilim kaynağı ölçüm birimi kullanılarak uygulanan voltajın bir fonksiyonu olarak alan emisyon akımı ing.
   3. Şekil 2b gösterildiği gibi iş fonksiyonu ~ 5 eV göre Fowler-Nordheim alan emisyon korelasyon hesaplayın.
   4. Yaklaşık 4383 bir β değeri ile F (alan) = β (V / d) aşağıdaki gibidir: geometrik alan geliştirme faktörü (β) edinin.
   5. Bize C ₈₄ için 4.0 x 10 ⁶ V / cm Si substrat Gömülü ~ bir değer verdi (1 / E) vs doğal logaritma eğimi (J / E ^2), dayalı vakum altında elektrik arıza alanını elde etmek Şekil 2c'de de gösterildiği gibi.
4. optoelektronik Özellikleri
   1. bir optik emisyon ölçüm sistemine test substratı aktarın. Numune bölmesinin merkezinde yer almaktadır alt tabaka üzerinde 325 nm emisyon değerleri ile bir O-Cd lazer kaynağı odaklanın. uygun bir pozisyonda bir spektrometre ayarlayın. Bir spe kullanınctrometer toplama ve yayma fotonları analiz ederek fotoluminesans spektrumunu elde etmek. Optoelektronik sonuç Şekil 2d gösterilmiştir.

Yüzey Manyetizma 3. Ölçümler

1. MFM (Manyetik Kuvvet Mikroskobu) Topografiyi edinin.
   1. Cı ₈₄ örnekleri MFM ölçümlerinden önce yaklaşık 2 Koe bir alan gücüne sahip bir mıknatıs uygulanarak Si Gömülü mıknatısla.
   2. Bir MFM örnek sahnede manyetize örnek yerleştirin. "MFM topografya elde" öğenin üzerine tıklayın. numunenin yüzeyine dik manyetizasyon uygulama ile kaldırma modunda MFM kullanılarak Si alt-tabaka içinde gömülü bir manyetik etki fullerenin mikro dikkate alınmalıdır.
   3. MFM ölçümleri için nano ölçekli PPP-MFMR konsol (Şekil 3a) kullanın. ucu manyetik moment sam olduğunda MFM topografya koyu (daha parlak) belirirse yüzey manyetizma belirleyinAlt tabaka anın e (ters) yönde.
2. SQUID (Süperiletken Kuantum Girişim Cihazı) Ölçme
   1. C ₈₄ tek tabaka C ₈₄ gömülü Si substrat Si substrat ve C ₈₄ kümeleri Gömülü hazırlayın.
   2. Cı ₈₄ örnekleri mıknatıslamak gömülü Si alt-tabaka SQUID deney öncesinde yaklaşık 2 Koe bir alan gücüne sahip bir mıknatıs uygulayarak C ₈₄ Si ve C ₈₄ kümeleri Gömülü.
   3. Bir SQUID numuneyi yerleştirin. • 2 Koe bir aralık içinde bir süpürme manyetik alan uygulanır. Oda sıcaklığında SQUID ölçümlerinde, dış manyetik alana karşı çizilen mıknatıslanma döngüler edinin.
      Not: Şekil 3b'de gösterilen bir ferromanyetik malzeme için tipik MH eğrisi elde edilebilir.

AFM tarafından Nanomekanik Özelliklerinin 4. Ölçümü

NOT: Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) sağlayan birmikro de malzemenin ve mekanik özellikleri ve hava nano ölçekler karakterizasyonu için hem de UHV ortamında güçlü bir araçtır

1. C ₈₄ Gömülü Si Yüzey altında Atmosferik Koşullar sertliğini ölçmek
   1. AFM örnek sahnede alt tabakayı yerleştirin. Bir tarayıcı kullanarak yüzeyler üzerinde keskin bir ucu sürükleyin. uç-Örnek etkileşimi kuvvetlerinin bir ölçüsü olarak ucunun değiştirmeler izleyin. "Kuvveti ölçümü" öğeye tıklayarak belirli bir pozisyonda dikey yönde boyunca birçok uç-örnek mesafelerde hareketleri kaydedilir.
   2. Doğal oksit 2-3 mil tabakası ile bir RCA-temizlenmiş Si alt-tabaka yanı sıra, bir Cı ₈₄ atmosferik koşullar altında bir AFM kullanılarak gücü ölçümleri elde edilir Si alt-tabaka ve SiC ince bir film ile kaplanmış bir Si alt tabaka Gömülü.
   3. AFM yazılımı kullanarak, atmosferik koşullar altında Kuvvet mesafe eğrileri çizilir.
      NOT: AFM konsol bir ucu yarıçaplı bir Si prob oldu~ 40 N / m 5-20 nm ve yay sabiti.
2. UHV Odası C ₈₄ Rijitliğinin Gömülü Si Yüzey ölçün
   1. Bir RCA temizlenmiş Si substrat, temiz bir Si (111) -7x7 yüzeyi bir UHV sisteminde bir AFM kullanılarak 4.1.1 rehberliğinde göre C ₈₄ Gömülü Si substrat, substrat ve kaplamalı Si substrat kuvvet ölçümleri elde SiC ince bir film ile.
   2. Bir UHV sisteminde Kuvvet mesafe eğrileri çizilir. . Not: AFM konsol ve ~ 5-20 nm ve yay sabiti ~ 40 N / m ucu yarıçaplı bir Si prob oldu Şekil 4 düzensiz Si yüzeyinin kuvvet mesafe analizini sunar, 7 x 7 yüzeyi, tek kendini UHV-AFM ile belirlenen Si yüzeyi ve Si yüzeyi içinde gömülü Cı ₈₄ monte edilmiş tabaka.

MD Simulation tarafından Nanomekanik Özelliklerinin 5. Ölçüm

NOT: simülasyon bölümünde, OVITO ¹⁶ (açık kaynak visualizatiyazılım üzerinde) ve OSSD ¹⁷ (Açık yüzey yapısı veritabanı) simülasyon modeli ve sonuçları görselleştirme oluşturmak için kullanılır. LAMMPS ¹⁴ (açık kaynak moleküler dinamik (MD) simülasyon paketi) nanoindentation simülasyon gerçekleştirmek ve simülasyon ¹⁵ sonuçlarını analiz için kullanılır. Tüm simülasyon işleri Gelişmiş Büyük ölçekli Paralel Üstkümesi'nin NCHC ait (ALPS) paralel hesaplama ile yapılmaktadır.
NOT: MD simülasyon kullanarak C ₈₄ tek tabaka / Si substrat heteroeklem incelemek için, bir Si alt tabaka içine gömülü rahat bir C ₈₄ tek tabaka elde etmek için birkaç adımda bir simülasyon modeli hazırlamalıdır. Çünkü Cı ₈₄ tek ve Si (111) substrat hetero arasındaki iç yapısının kompleks, deneysel verilerden, bir tam olarak aynı yapı oluşturmanın zor olduğuna dikkat edin. Sonuç olarak, prosedür birkaç adımda simülasyon modeli oluşturmak için yapay bir şekilde kullanmak,bu, Şekil 5 'de gösterilmiştir. detayları aşağıdaki protokoller açıklanmıştır. Biz LAMMPS içinde MD parametresi, bir alt tabaka içine gömülü rahat bir C ₈₄ fulleren tek tabaka kurmak, bir girinti yordamı gerçekleştirmek ve simülasyon sonuçlarını analiz nasıl kurulum açıklar.

1. LAMMPS giriş Dosya Parametre Ayarı
   1. x- periyodik sınır şartları ve y-yön belirlemek için sınır komutunu kullanın.
   2. rastgele, sistemin her atomun bir Gauss dağılımı ile ilk hız atamak için "düzeltme hızı" komutunu kullanın.
   3. Sırasıyla, Si-Si ve Si-C etkileşimi ve CC etkileşimi tanımlamak için Tersoff ¹⁸ ve AIREBO ¹⁹ potansiyellerini atamak için komut "pair_style düzeltmek" kullanın.
   4. Sistem genine istenen sıcaklık ve basınçta kalmasını sağlamak için burun-Hoover yöntemi ²⁰ benimsemeye komutu "npt düzeltmek" "düzeltme NVT" kullanın vehız-Verlet algoritması ²⁰ atomların yörüngeleri tahmin için kullanılır hangi sistem içinde kurallı ve izotermal-izobarik ensemble ²⁰ oran. "Düzeltme NVT" ve "Çalıştır" her ikisini de kullanmak tavlama işlemi için 3 K / Yönlendirme ve İcra Komitesinin bir soğutma hızını ayarlamak için komutlar.
   5. Zaman entegrasyonu gibi 0,2 FSEC bir zaman adımını belirlemek için "timestep" komutunu kullanın.
   6. özgürlük (5.3.2) derecesini sınırlandırmak için bir yansıyan duvar benimsemeye komutu "duvar / yansıtmak düzeltmek" kullanın.
   7. farklı kontrol katmanlara substrat (5.4.3) bölmek için "bölge" ve "grup" kullanın: Newton atom tabakası, termal kontrol katmanı ve "düzeltme NVE" kullanılarak ayarlanabilir bir alt sabit katman, " NVT düzeltmek "ve" sırasıyla setforce "komutları düzeltmek.
   8. küresel prob oluşturmak için "bölge" ve "create_atoms" komutlarını kullanın.
   9. substrat (5.4 içine C84 tek tabaka gömmek için "düzeltme hareket" komutunu kullanın.2) ve simülasyon (5.5.2) sırasında prob hareket ettirin.
   10. MD simülasyonu gerçekleştirmek için "run" komutunu kullanın.
   11. "Işlem gücü" (5.6.1) ve "işlem stres / atom" (5.6.4) kullanın atom stres ve girinti kuvvetini değerlendirmek emreder.
       NOT: Aşağıda, yapı konulmasını hariç tüm adımları LAMMPS komut dosyası tarafından yapılmıştır.
2. Silikon (111) 7 x 7 Yüzey Düzenlenmesine OSSD ve OVITO kullanın.
   1. OSSD yazılımı açın. "Arama" butonuna tıklayın. "Arama kriterleri" paneli sunulmuştur. Si substrat, element tipi, yeniden yapı, yarı iletken elec, elmas kafes, 111 yüz ve 7 x 7 desen seçti. "Kabul Et" "Ara" ve düğmeler tıklayın. "Yapı listesi" paneli sunulmuştur. (Yani Si x 7 (111) 7) istenen yapıyı tıklayın. "Dosya" düğmesini tıklayın. .xyz dosya olarak koordinasyon dosyasını kaydedin.
      NOT: Biz yapısal işaretOSSD çıkarılan veritabanı bizim girinti simülasyonu için yeterince büyük değil. Bunun bir sonucu olarak, aşağıdaki aşamalar ile bir daha büyük ve daha kalın alt-tabakanın yeniden.
   2. OVITO yazılımı açın. OVITO içine .xyz dosyasını yükleyin. Si bir SuperCell (111) x ve y yönünde 26,878 x 46,554 Å ² boyutu ile 7 x 7 yüzey yakalamak için "Dilim" komutunu kullanın. veri dosyası ihracat. 26,878 x 46,554 x 9.7 büyüklüğüne Å ³ alt Si (111) substrat bir SuperCell yakalamak için "Dilim" komutunu kullanın. z yönünde SuperCell 12 kez çoğaltmak için "göster periyodik görüntüleri" komutunu kullanın. veri dosyası ihracat.
   3. Si veri dosyalarını birleştirin (111) 7 x 7 yüzeyi ve Not Defteri ile Si (111) substrat modelleri ++ (ücretsiz bir kaynak kodu editörü). Son olarak, OVITO birleştirilebilir veri yüklemek. substrat boyutunu büyütmek için x ve y yönlerinde 5 x 3 SuperCell çoğaltmak için "göster periyodik görüntüleri" kullanın.
   4. 20 Yönlendirme ve İcra Komitesinin gerçekleştirmek için LAMMPS kullanmasimülasyon modeli rahatlatıcı MD simülasyon zamanı. Aşağıda, 500 Yönlendirme ve İcra Komitesinin simülasyon süre boyunca oda sıcaklığına kadar 1,550 K arasında bir söndürme işlemini gerçekleştirmek. Son olarak, son dinlenme süreci için 10 Yönlendirme ve İcra Komitesinin simülasyon zamanını gerçekleştirin.
3. Cı ₈₄ Fulleren tabakalı hazırlanması
   1. Web ²¹ C ₈₄ fullerenin Optimize yapısı koordinasyon dosyasını indirin ve bir bal peteği yapısı düzenlenmiş 49 C ₈₄ fullerenes çoğaltmak için bir FORTRAN program yazmak.
   2. Kurulum LAMMPS kullanın molekülleri bir plan üzerinde kalmasını sağlamak için üzerine ve C ₈₄ tek tabaka altında duvarları yansıtmaktadır. 200 Yönlendirme ve İcra Komitesinin simülasyon modeli dinlenmek için bir MD simülasyon zamanını gerçekleştirin. Aşağıda, 500 Yönlendirme ve İcra Komitesinin simülasyon kez bir topak az durumunu elde etmek için, oda sıcaklığında, 700 K bir söndürme işlemini gerçekleştirmek. Son olarak, son dinlenme süreci için 10 Yönlendirme ve İcra Komitesinin simülasyon zamanını gerçekleştirin.
4. çentiklenmenin kurmakSilisyum C ₈₄ Fulleren Monolayer yon Modeli (111) 7 x 7 Yüzey.
   1. Girinti modeli kurmak için 3 Å mesafe (111) 7 x 7 yüzey Si C ₈₄ tek tabaka koymak için bir FORTRAN kod yazın.
   2. 2 ~ 3 Å derinliği ile substrata C ₈₄ tek tabaka gömmek için LAMMPS kullanın. Aşağıda, sistem dinlenmek için 40 Yönlendirme ve İcra Komitesinin simülasyon zamanını çalıştırın. Son olarak, oda sıcaklığına kadar sistemi tavlanması.
   3. sırasıyla, 0.7, 2, ve kalınlık olarak 5.3 nm dir üstten Newton atomu katmanı, bir ısı kontrol tabakası ve bir alt sabit tabaka içine silikon substratı bölün. C ₈₄ mono tabakaları da bir Newton atom olarak modellenmiştir.
5. MD Girinti Süreci
   1. Cı ₈₄ / Si (111) 7 x 7 yüzey yoluna çapı 5 nm (Şekil 5) sahip küresel prob oluşturmak için LAMMPS kullanın. Sonda bir rijit cisim olarak ayarlanır. PR 10 m / s arasında sabit bir hız belirlemegirinti sürecinde numune doğru aşağı hareket etmek OBE.
   2. Cı ₈₄ fulleren tek tabaka etkilerini araştırmak üzere 1.5 durumlarında, 2.5, 4.5, 10, 15, 20 dahil olmak üzere, örneğin, (spesifik yükleme derinliğe kadar sabit bir hızda numune aşağı sisteminin hareket ve 30 yükleme işleminde C ₈₄ fullerenin boyutu Si substrat, 11 Å) üzerinde. atomlu olanak vermek amacıyla tutma işleminde alt-tabaka probu tutun. Son olarak, geri çekme işlemi sabit bir hızda substrattan prob ekstrakte edin.
6. Hesaplama ve Analiz
   1. aşağıdaki formüllere göre prob atomu dikey kuvvet toplanmasıyla girinti kuvveti hesaplanır:
      (1)
   2. girinti kuvvet-mesafe eğrisi düşürüldü modülü ve sertlik ekstre edildi. Oliver ve Pharr & # dayanarak39; ın yöntemi ^22, doğrusal bir ilişki Young modülü ve boşaltma sertliği arasında elde edilebilir. Sertlik (yani, ilk kısmın eğimi) boşaltma eğrisinin olarak tanımlanır
      (2)
      P, H, A, ve E _R girinti yükü, sondanın elastik hareket, girinti projeksiyon alanı, ve daha az modül olduğu. β (= 1 daire indenter için) şekil değiştirme faktördür. düşük modüllü ve Young modülü arasındaki ilişki aşağıdaki gibi ifade edilebilir
      (3)
      E ve v Young modülü ve numune ve E _i Poisson oranı ve nerede v _i Young modülü ve indenter için Poisson oranı vardır.
   3. H tanım gereği sertlik hesaplayın P _ma =P _max ve maksimum girinti gücü ve prob öngörülen alanlarıdır x / A,.
   4. N doğrultusu içinde substratın m uçakla ilgili viral atom stres ²² hesaplayın
      (4)
      burada m _i atomunun i kütlesi; ve Hız m atomu i bileşenleri - sırasıyla n -directions; _Vi atomu etrafında tayin hacmi; _nS atomik etkileşim bölgesi olarak tanımlanan bölgenin S, içinde bulunan parçacıkların sayısı R _ij atomu I arasındaki mesafedir; Φ (R _ij) potansiyel fonksiyonudur j ve ve ve ben j atom için atomdan vektör n doğrultusu bileşenleri - m vardır.
   5. aşağıdaki formüllere göre her atom değişmez von-Mises gerginlik göstermek için OVITO kullanın:
      (5)

Sonuçlar

. Düzensiz Si (111) yüzeyi üzerinde Cı ₈₄ moleküllerinin bir tek-tabakalı Şekil 1, bir UHV odasında kontrollü kendini montaj işlemi kullanılarak imal içerisinde değişik derecelerde UHV-STM tarafından ölçülen topografik görüntüleri bir dizi gösterilmektedir: (a) 0.01 mL, (b) 0.2 mL, (c) 0.7 mi, ve (d) 0.9 ml. C ₈₄ gömülü Si substrat elektronik ve optik özellikleri aynı zamanda STM ve PL (Şekil 2) gibi yüzey analiz teknikleri, çeşitli k...

Tartışmalar

Bu çalışmada, (Şekil 1), yeni bir tavlama işlemi ile Si alt-tabaka üzerinde Cı ₈₄ bir kendi kendine bir araya tek tabaka imalat göstermektedir. Bu işlem, nanopartikül gömülü iletken yüzeyler başka türlü hazırlamak için de kullanılabilir. C ₈₄ Si substrat UHV-STM (Şekil 2), saha emisyon spektrometresi, foto-ışıldama spektroskopisi, MFM ve SQUID (Şekil 3) kullanılarak atomik ölçekte karakterize edildi Gömülü.

...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Silicon wafer			Si(111). Type/Dopant: P/Boron; Resistivity: 0.05-0.1 Ohm·cm
Carbon, C84	Legend Star		C84 powder, 98%
Hydrochloric acid	Sigma-Aldrich	84422	RCA, 37%
Ammonium	Choneye Pure Chemical		RCA, 25%
Hydrogen peroxide	Choneye Pure Chemical		RCA, 35%
Nitrogen	Ni Ni Air		high-pressure bottle, 95%
Tungsten	Nilaco	461327	wire, diameter 0.3 mm, tip
Sodium hydroxide	UCW	85765	etching Tungsten wire for tip
Acetone	Marcon Fine Chemicals	99920	suitable for liquid chromatography and UV-spectrophotometry
Methanol	Marcon Fine Chemicals	64837	suitable for liquid chromatography and UV-spectrophotometry
UHV-SPM	JEOL Ltd	JSPM-4500A	Ultrahigh Vacuum Scanning Tunneling Microscope and Ultrahigh Vacuum Atomic Force Microscope
Power supply	Keithley	237	High-Voltage Source-Measure Unit
SQUID	Quantum desigh	MPMS-7	Magnetic field strength: ±7.0 Tesla, Temperature range: 2–400 K, Magnetic-dipole range: 5 × 10-7 – 300 emu
ALPS	National Center for High-performance Computing, Taiwan		Advanced Large-scale Parallel Supercluster, 177Tflops; 25,600 CPU cores; 73,728 GB RAM; 1,074 TB storage