Sarerea weruh yén cai lumangsung dina tilu kaayaan aggregation. Kami nempatkeun ketel, sareng cai mimiti kulub sareng menguap, péngkolan tina cair ka gas. Kami nempatkeun éta dina freezer, sareng mimiti janten és, ku kituna pindah tina cairan ka kaayaan padet. Nanging, dina kaayaan anu tangtu, uap cai anu aya dina hawa tiasa langsung nembus kana fase padet, ngalangkungan fase cair. Urang terang prosés ieu ku hasilna - pola éndah dina jandéla dina dinten usum tiris pisan. Peminat mobil, nalika scraping lapisan és tina kipas kaca, mindeng dicirikeun prosés ieu ngagunakeun epithets teu pisan ilmiah, tapi pisan emosi jeung vivid. Hiji cara atawa sejen, rinci ngeunaan formasi és dua diménsi anu shrouded dina rasiah salila sababaraha taun. Jeung anyar, pikeun kahiji kalina tim internasional élmuwan bisa visualize struktur atom és dua diménsi salila kabentukna. Rahasia naon anu disumputkeun dina prosés fisik anu katingalina saderhana ieu, kumaha para ilmuwan junun ngungkabkeunana, sareng kumaha pamanggihna mangpaat? Laporan grup panalungtikan bakal ngabejaan urang ngeunaan ieu. indit.
Dasar panalungtikan
Lamun urang exaggerate, mangka ampir sakabéh objék sabudeureun urang téh tilu diménsi. Sanajan kitu, lamun urang nganggap sababaraha di antarana leuwih meticulously, urang ogé bisa manggihan dua diménsi. A kerak és anu ngabentuk dina beungeut hiji hal mangrupakeun conto prima ieu. Ayana struktur sapertos kitu sanés rahasia pikeun komunitas ilmiah, sabab parantos dianalisis sababaraha kali. Tapi masalahna nyaeta rada hese visualize struktur metastable atanapi panengah aub dina formasi és 2D. Ieu alatan masalah banal - fragility na fragility tina struktur keur ditalungtik.
Untungna, métode scanning modern ngidinan sampel bisa dianalisis kalawan dampak minimal, nu ngamungkinkeun pikeun data maksimum bisa diala dina jangka waktu pondok, alatan alesan di luhur. Dina ulikan ieu, para ilmuwan ngagunakeun mikroskop gaya atom non-kontak, kalayan ujung jarum mikroskop dilapis ku karbon monoksida (CO). Kombinasi tina parabot scanning ieu ngamungkinkeun pikeun ménta gambar real-time tina struktur ujung dua diménsi és héksagonal bilayer tumuwuh dina permukaan emas (Au).
Mikroskopi nunjukkeun yén nalika formasi és dua diménsi, dua jinis sisi (bagian anu nyambungkeun dua vertices poligon) sakaligus aya dina strukturna: zigzag (bulak-belok) jeung wangun korsi (korsi panangan).
Korsi leungeun (kénca) jeung zigzag (katuhu) tepi ngagunakeun graphene salaku conto.
Dina tahap ieu, sampel gancang beku, sahingga struktur atom bisa nalungtik di jéntré. Pemodelan ogé dilaksanakeun, hasilna sabagéan ageung coincided jeung hasil observasi.
Kapanggih yén dina kasus formasi iga zigzag, hiji molekul cai tambahan ditambahkeun kana ujung aya, sarta sakabeh prosés diatur ku mékanisme bridging. Tapi dina kasus formasi tulang rusuk korsi, teu aya molekul tambahan anu dideteksi, anu kontras pisan sareng ideu tradisional ngeunaan kamekaran és héksagonal dua lapisan sareng zat héksagonal dua diménsi sacara umum.
Naha élmuwan milih mikroskop gaya atom non-kontak pikeun observasi maranéhanana tinimbang scanning tunneling mikroskop (STM) atawa transmisi éléktron mikroskop (TEM)? Sakumaha anu parantos urang terang, pilihanna aya hubunganana sareng kasusah diajar struktur pondok sareng rapuh tina és dua diménsi. STM saméméhna geus dipaké pikeun diajar és 2D tumuwuh dina rupa surfaces, tapi jenis mikroskop ieu teu sénsitip kana posisi inti, sarta ujung na bisa ngabalukarkeun kasalahan Imaging. TEM, sabalikna, sampurna nembongkeun struktur atom tina tulang rusuk. Sanajan kitu, meunangkeun gambar kualitas luhur merlukeun éléktron énergi tinggi, nu bisa kalayan gampang ngarobah atawa malah ngancurkeun struktur ujung bahan XNUMXD kovalén kabeungkeut, teu nyebut edges leuwih leupas kabeungkeut dina és XNUMXD.
Mikroskop gaya atom henteu gaduh kalemahan sapertos kitu, sareng tip anu dilapis CO ngamungkinkeun diajar cai antarbeungeut kalayan pangaruh minimal dina molekul cai.
Hasil panilitian
Gambar #1
És dua diménsi ditumbuhkeun dina permukaan Au(111) dina suhu kira-kira 120 K, jeung kandelna 2.5 Å (1a).
STM gambar és (1c) jeung gambar transformasi Fourier gancang (inset in 1a) nunjukkeun struktur héksagonal anu teratur kalayan périodik Au(111)-√3 x √3-30°. Sanaos jaringan sélular H-hubungkeun és 2D katingali dina gambar STM, topologi detil tina struktur ujungna hese nangtukeun. Dina waktos anu sami, AFM kalayan pergeseran frékuénsi (Δf) tina daérah sampel anu sami masihan gambar anu langkung saé (1d), nu ngamungkinkeun pikeun visualize korsi ngawangun jeung bagian zigzag tina struktur. Total panjang duanana varian téh comparable, tapi panjang rata-rata iga miheulaan rada panjang (1b). Iga zigzag bisa tumuwuh nepi ka 60 Å panjangna, tapi nu ngawangun korsi jadi ditutupan ku cacad salila formasi, nu ngurangan panjang maksimum maranéhna pikeun 10-30 Å.
Salajengna, pencitraan AFM sistematis dilaksanakeun dina jangkungna jarum anu béda (2a).
Gambar #2
Dina jangkungna ujung pangluhurna, nalika sinyal AFM didominasi ku gaya éléktrostatik urutan luhur, dua sét √3 x √3 sublattices dina és dwilapis dua diménsi dicirikeun, salah sahijina ditémbongkeun dina 2a (kénca).
Dina jangkung jarum handap, elemen caang tina subarray ieu mimiti némbongkeun directionality, sarta subray séjén robah jadi unsur V ngawangun (2a, dipuseurkeun).
Dina jangkungna jarum minimum, AFM nembongkeun struktur honeycomb kalawan garis jelas nyambungkeun dua sublattices, reminiscent tina H-beungkeut (2a, di katuhu).
Itungan téori fungsional kapadetan némbongkeun yén és dua diménsi tumuwuh dina permukaan Au(111) pakait jeung struktur és dua-lapisan interlocking (2s), diwangun ku dua lapisan héksagonal datar cai. Hexagons tina dua lambar dikonjugasi, sareng sudut antara molekul cai dina pesawat nyaéta 120°.
Dina unggal lapisan cai, satengah molekul cai ngagolér sacara horisontal (paralel jeung substrat) jeung satengah séjénna nangtung sacara vertikal (jejeg substrat), kalayan hiji O–H nunjuk ka luhur atawa ka handap. Cai ngagolér vertikal dina hiji lapisan nyumbangkeun beungkeut-H kana cai horizontal dina lapisan séjén, hasilna struktur ngawangun H jenuh pinuh.
Simulasi AFM ngagunakeun tip quadrupole (dz 2) (2b) dumasar kana model di luhur satuju alus jeung hasil eksperimen (2a). Hanjakal, jangkungna sarupa cai horizontal sarta nangtung nyieun idéntifikasi maranéhanana hésé salila pencitraan STM. Nanging, nalika ngagunakeun mikroskop gaya atom, molekul-molekul tina dua jinis cai jelas tiasa dibédakeun (2a и 2b katuhu) sabab gaya éléktrostatik urutan luhur pisan sénsitip kana orientasi molekul cai.
Éta ogé mungkin pikeun salajengna nangtukeun arah OH cai horizontal sarta vertikal ngaliwatan interaksi antara gaya éléktrostatik orde luhur jeung gaya tolak Pauli, sakumaha ditémbongkeun ku garis beureum dina 2a и 2b (puseur).
Gambar #3
Dina gambar 3a и 3b (Tahap 1) nembongkeun gambar AFM enlarged tina zigzag jeung korsi korsi, masing-masing. Ieu kapanggih yén ujung zigzag tumuwuh bari ngajaga struktur aslina, sarta kalawan tumuwuhna ujung korsi ngawangun, ujung ieu disimpen deui dina struktur periodik 5756 cingcin, i.e. nalika struktur tulang rusuk périodik repeats runtuyan pentagon - heptagon - pentagon - sagi genep.
Itungan téori fungsional kapadetan nunjukkeun yén sirip zigzag anu teu dirékonstruksi sareng sirip korsi 5756 anu paling stabil. Ujung 5756 kabentuk salaku hasil tina épék gabungan anu ngaminimalkeun jumlah beungkeut hidrogén teu jenuh sareng ngirangan énergi galur.
Élmuwan nginget yén pesawat dasar és héksagonal biasana ditungtungan ku iga zigzag, sareng iga anu ngawangun korsi henteu aya kusabab dénsitas beungkeut hidrogén teu jenuh anu langkung luhur. Sanajan kitu, dina sistem leutik atawa dimana spasi kawates, sirip korsi bisa ngurangan énergi maranéhanana ngaliwatan redesign ditangtoskeun.
Sakumaha didadarkeun di saméméhna, nalika tumuwuhna és di 120 K ieu dieureunkeun, sampel ieu geuwat leuwih tiis kana 5 K nyoba freeze struktur tepi metatable atawa transisi sarta mastikeun hirup sampel rélatif lila pikeun ulikan lengkep maké STM na AFM. Ieu oge mungkin pikeun ngarekonstruksikeun prosés tumuwuhna és dua diménsi (gambar No. 3) berkat ujung mikroskop CO-functionalized, nu ngamungkinkeun pikeun ngadeteksi metastabil jeung struktur transisi.
Dina kasus iga zigzag, pentagon individu kadang kapanggih napel iga lempeng. Éta bisa baris dina urutan, ngabentuk Asép Sunandar Sunarya kalawan periodicity 2 x aice (aice nyaéta konstanta kisi és dua diménsi). Observasi ieu bisa nunjukkeun yén tumuwuhna zigzag edges diprakarsai ku formasi susunan péntagon periodik (3a, Lengkah 1-3), nu ngawengku nambahkeun dua pasang cai pikeun pentagon (panah beureum).
Salajengna, susunan pentagon disambungkeun pikeun ngabentuk struktur kawas 56665 (3a, tahap 4), lajeng mulangkeun penampilan zigzag aslina ku nambahkeun leuwih uap cai.
Kalawan edges korsi ngawangun kaayaan sabalikna - euweuh arrays of pentagons, tapi gaganti pondok sela kawas 5656 on tepi anu rada mindeng observasi. Panjang sirip 5656 sacara signifikan langkung pondok tibatan sirip 5756. Ieu kamungkinan kusabab sirip 5656 stres pisan sareng kirang stabil tibatan 5756. Dimimitian ku sirip korsi 5756, 575 cingcin sacara lokal dirobih janten 656 cingcin ku nambihan dua uap cai (3b, tahap 2). Salajengna, cingcin 656 tumuwuh dina arah transverse, ngabentuk ujung tipe 5656 (3b, tahap 3), tapi kalayan panjang kawates alatan akumulasi énergi deformasi.
Lamun hiji pasangan cai ditambahkeun kana sagi genep 5656 fin, deformasi bisa sawaréh ngaruksak, sarta ieu deui bakal ngakibatkeun formasi a 5756 fin (3b, tahap 4).
Hasil di luhur pisan indicative, tapi ieu mutuskeun pikeun ngarojong aranjeunna kalayan data tambahan dicandak ti itungan dinamika molekular uap cai dina permukaan Au (111).
Ieu kapanggih yén 2D ganda-lapisan és pulo kabentuk suksés tur unhindered dina beungeut cai, nu konsisten jeung observasi eksperimen urang.
Gambar #4
Dina gambar 4a Mékanisme formasi koléktif sasak dina iga zigzag ditémbongkeun step by step.
Ieu di handap aya bahan média pangajaran dina ieu panalungtikan kalayan déskripsi.
Matéri média No.1
Eta sia noting yén hiji pentagon napel tepi zigzag teu bisa meta salaku puseur nucleation lokal pikeun ngamajukeun tumuwuhna.
Matéri média No.2
Gantina, jaringan péntagon periodik tapi teu nyambung mimitina kabentuk dina ujung zigzag, sarta molekul cai asup saterusna sacara koléktif nyoba nyambungkeun pentagons ieu, hasilna formasi struktur ranté tipe 565. Hanjakalna, struktur saperti teu acan katalungtik salila observasi praktis, nu ngajelaskeun umur pisan pondok.
Matéri média No 3 jeung No 4
Penambahan hiji pasangan cai nyambungkeun struktur tipe 565 jeung pentagon padeukeut, hasilna formasi struktur tipe 5666.
Struktur tipe 5666 tumuwuh laterally pikeun ngabentuk struktur tipe 56665 sarta ahirna tumuwuh jadi kisi héksagonal disambungkeun pinuh.
Matéri média No 5 jeung No 6
Dina gambar 4b tumuwuhna ditémbongkeun dina kasus hiji iga korsi leungeun. Konvérsi tina tipe 575 cingcin kana tipe 656 cingcin dimimitian ti lapisan handap, ngabentuk komposit 575/656 struktur nu teu bisa dibédakeun ti tipe 5756 fin dina percobaan, sabab ngan lapisan luhur és dua lapisan bisa imaged. salila percobaan.
Matéri média No.7
Sasak anu dihasilkeun 656 janten pusat nukleasi pikeun tumuwuhna iga 5656.
Matéri média No.8
Nambahkeun hiji molekul cai ka tepi 5656 ngakibatkeun struktur molekul unpaired kacida mobile.
Matéri média No.9
Dua tina molekul cai anu teu berpasangan ieu salajengna tiasa ngagabung kana struktur héptagonal anu langkung stabil, ngalengkepan konvérsi ti 5656 ka 5756.
Pikeun kenalan anu langkung rinci sareng nuansa pangajaran, kuring nyarankeun ningali .
epilog
Kacindekan utama tina ulikan ieu nyaéta yén paripolah struktur anu dititénan nalika kamekaran tiasa umum pikeun sadaya jinis és dua diménsi. és héksagonal bilayer kabentuk dina rupa-rupa surfaces hidrofobik jeung dina kaayaan kurungan hidrofobik, sarta ku kituna bisa dianggap salaku kristal 2D misah (2D és I), formasi nu teu peka struktur dasar substrat.
Élmuwan jujur nyebutkeun yén téhnik Imaging maranéhanana henteu acan cocog pikeun gawé bareng és tilu diménsi, tapi hasil diajar és dua diménsi bisa dijadikeun dadasar pikeun ngajelaskeun prosés formasi relatif volumetric na. Dina basa sejen, pamahaman kumaha struktur dua diménsi ngabentuk mangrupa yayasan penting pikeun diajar tilu diménsi. Pikeun tujuan ieu panalungtik ngarencanakeun pikeun ningkatkeun metodologina di hareup.
Hatur nuhun pikeun maca, tetep panasaran sareng gaduh minggu anu saé guys. 🙂
Sababaraha iklan 🙂
Hatur nuhun pikeun tetep sareng kami. Naha anjeun resep artikel kami? Hoyong ningali eusi anu langkung narik? Dukung kami ku cara nempatkeun pesenan atanapi nyarankeun ka babaturan, , analog unik tina server tingkat éntri, anu diciptakeun ku kami pikeun anjeun: (sadia kalawan RAID1 na RAID10, nepi ka 24 cores sarta nepi ka 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kali langkung mirah dina puseur data Equinix nagara golongan IV di Amsterdam? Ngan di dieu di Walanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ti $99! Baca ngeunaan
sumber: www.habr.com