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La correlazione delle configurazioni atomiche, in particolare del grado di disordine (DOD) dei solidi amorfi con le proprietà, è un'importante area di interesse nella scienza dei materiali e nella fisica della materia condensata a causa della difficoltà di determinare le esatte posizioni degli atomi in tridimensionale strutture1,2,3,4., Un vecchio mistero, 5. A tal fine, i sistemi 2D forniscono una visione del mistero consentendo di visualizzare direttamente tutti gli atomi 6,7.L'imaging diretto di un monostrato amorfo di carbonio (AMC) cresciuto mediante deposizione laser risolve il problema della configurazione atomica, supportando la visione moderna dei cristalliti nei solidi vetrosi basata sulla teoria della rete casuale8.Tuttavia, la relazione causale tra la struttura su scala atomica e le proprietà macroscopiche rimane poco chiara.Qui riportiamo la facile regolazione del DOD e della conduttività nei film sottili AMC modificando la temperatura di crescita.In particolare, la temperatura di soglia della pirolisi è fondamentale per far crescere AMC conduttivi con un intervallo variabile di salti di ordine medio (MRO), mentre un aumento della temperatura di 25°C fa sì che gli AMC perdano MRO e diventino elettricamente isolanti, aumentando la resistenza del foglio materiale in 109 volte.Oltre a visualizzare nanocristalliti altamente distorti incorporati in reti casuali continue, la microscopia elettronica a risoluzione atomica ha rivelato la presenza/assenza di MRO e densità di nanocristalliti dipendente dalla temperatura, due parametri d'ordine proposti per una descrizione completa del DOD.Calcoli numerici hanno stabilito la mappa di conducibilità in funzione di questi due parametri, mettendo direttamente in relazione la microstruttura con le proprietà elettriche.Il nostro lavoro rappresenta un passo importante verso la comprensione della relazione tra la struttura e le proprietà dei materiali amorfi a livello fondamentale e apre la strada ai dispositivi elettronici che utilizzano materiali amorfi bidimensionali.
Tutti i dati rilevanti generati e/o analizzati in questo studio sono disponibili presso i rispettivi autori su ragionevole richiesta.
Il codice è disponibile su GitHub (https://github.com/vipandyc/AMC_Monte_Carlo; https://github.com/ningustc/AMCProcessing).
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Questo lavoro è stato sostenuto dal Programma nazionale di ricerca e sviluppo chiave della Cina (2021YFA1400500, 2018YFA0305800, 2019YFA0307800, 2020YFF01014700, 2017YFA0206300), dalla National Natural Science Foundation of China (U1932153, 51872285, 11974). 001, 22075001, 11974024, 11874359, 92165101, 11974388, 51991344) , Beijing Natural Science Foundation (2192022, Z190011), Beijing Distinguished Young Scientist Program (BJJWZYJH01201914430039), Guangdong Provincial Key Area Research and Development Program (2019B010934001), Chinese Academy of Sciences Strategic Pilot Program, Grant No. XDB33000000 e China Academy of Sciences Piano di frontiera della ricerca scientifica chiave (QYZDB-SSW-JSC019).JC ringrazia la Beijing Natural Science Foundation of China (JQ22001) per il suo sostegno.LW ringrazia l'Associazione per la Promozione dell'Innovazione Giovanile dell'Accademia Cinese delle Scienze (2020009) per il suo sostegno.Parte del lavoro è stato svolto nel dispositivo stabile per campi magnetici forti del Laboratorio ad alto campo magnetico dell'Accademia cinese delle Scienze con il supporto del Laboratorio ad alto campo magnetico della provincia di Anhui.Le risorse informatiche sono fornite dalla piattaforma di supercalcolo dell'Università di Pechino, dal centro di supercalcolo di Shanghai e dal supercomputer Tianhe-1A.
I loro autori sono famosi: Huifeng Tian, ​​​​Yinhang Ma, Zhenjiang Li, Mouyang Cheng, Shoucong Ning.
Huifeng Tian, ​​​​Zhenjian Li, Juijie Li, PeiChi Liao, Shulei Yu, Shizhuo Liu, Yifei Li, Xinyu Huang, Zhixin Yao, Li Lin, Xiaoxui Zhao, Ting Lei, Yanfeng Zhang, Yanlong Hou e Lei Liu
Scuola di Fisica, Laboratorio Chiave di Fisica del Vuoto, Università dell'Accademia Cinese delle Scienze, Pechino, Cina
Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, Università Nazionale di Singapore, Singapore, Singapore
Laboratorio Nazionale di Scienze Molecolari di Pechino, Scuola di Chimica e Ingegneria Molecolare, Università di Pechino, Pechino, Cina
Laboratorio Nazionale di Pechino per la Fisica della Materia Condensata, Istituto di Fisica, Accademia Cinese delle Scienze, Pechino, Cina