在扭曲双层石墨烯中自上而下制造原子图案
Ondrej Dyck1, Sinchul Yeom2, Andrew R Lupini1
1Center for Nanophase Materials Sciences, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN, 37830, USA.
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
|June 13, 2023
概括
这项研究通过将自上而下的电子束控制与自下而上的原子扩散相结合,证明了石墨烯中精确的原子尺度模式. 这种混合方法允许控制原子的放置,开辟了材料工程的新途径.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 纳米技术纳米技术
- 凝聚物质物理学 凝聚物质物理学
背景情况:
- 原子规模工程传统上使用全球参数来自发排列原子,从而导致概率特征分布.
- 从上而下的方法使物质区域暴露在不同的参数中,导致局部结构变化.
- 将全球和本地控制相结合,在原子操纵中提供了更高的精度.
研究的目的:
- 为了在扭曲的双层石墨烯中展示原子级精确的图案.
- 将自上而下的和自下而上的方法结合起来,以控制原子的放置.
- 探索基质温度对原子扩散和缺陷动态的影响.
主要方法:
- 使用经过异常校正的扫描传输电子显微镜 (STEM) 进行原子操纵.
- 使用聚焦的电子束来抛出碳原子并定义附着点.
- 控制样品温度,以诱导源原子 (亚原子) 在石墨烯表面的迁移.
- 实现基于图像的反控制,用于自动生成模式.
- 进行第一原则模拟,以调查习俗和职位空缺的扩散.
主要成果:
- 在扭曲的双层石墨烯中实现了原子级的精确图案.
- 通过电子束指导,证明了碳原子被扩散的原子取代.
- 在最小的人类干预的情况下,成功地附加了原子和原子集群的任意模式.
- 确定了基板温度在控制习惯性和空隙扩散动态方面的关键作用.
结论:
- 这种混合的自上而下/自下而上方法使得2D材料中的原子排列能够得到前所未有的控制.
- 通过协同的电子束和热控制,可以实现精确的原子图案.
- 第一原则模拟提供了对控制过程的扩散机制的关键见解.
