維也納大學(xué)物理學(xué)院的研究人員與美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的同事合作，發(fā)現(xiàn)了一種使用聚焦電子輻射來操縱硅中供體雜質(zhì)的非破壞性機(jī)制。在這種新穎的間接交換過程中，不是一個(gè)而是兩個(gè)相鄰的硅原子參與協(xié)調(diào)的原子“華爾茲”，這可能為固態(tài)量子位的制造開辟了道路。結(jié)果已發(fā)表在《物理化學(xué)雜志》上。

原子尺度的工程材料是納米技術(shù)的最終目標(biāo)。眾所周知，使用掃描隧道顯微鏡進(jìn)行原子操作的例子包括從量子珊瑚的構(gòu)建到可重寫的原子記憶。然而，雖然已建立的掃描探針技術(shù)是處理表面原子的有力工具，但由于需要使物理尖端與樣品接觸，并且通常需要在低溫下操作和儲(chǔ)存，因此它們無法到達(dá)材料的主體。

掃描透射電子顯微鏡(STEM) 的最新進(jìn)展引起了人們對(duì)使用電子束進(jìn)行原子操作的興趣，維也納已成為全球這項(xiàng)研究的主要中心之一。“這項(xiàng)技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于它不僅能夠訪問表面原子，而且能夠訪問薄塊狀晶體中的雜質(zhì)。這不僅是一種理論上的可能性：我們最近證明了硅中鉍摻雜劑的第一次原理驗(yàn)證操作。美國合作者，”Toma Susi 解釋說。

新的聯(lián)合工作是對(duì)硅中 V 族摻雜元素的電子束操縱的系統(tǒng)建模研究。至關(guān)重要的是，維也納團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種他們稱之為間接交換的新機(jī)制，其中不是一個(gè)而是兩個(gè)相鄰的硅原子參與協(xié)調(diào)的原子“華爾茲”，這解釋了電子撞擊如何在硅晶格的主體內(nèi)移動(dòng)這些雜質(zhì). “雖然這種機(jī)制僅適用于鉍和銻這兩種較重的供體元素，但重要的是要發(fā)現(xiàn)它是非破壞性的，因?yàn)椴恍枰獜木Ц裰腥コ樱?rdquo;亞歷山大·馬克維奇補(bǔ)充道。

作為進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)首次證明了使用 STEM 操縱硅中銻雜質(zhì)的可能性。晶格內(nèi)摻雜劑原子的精確定位可以在固態(tài)傳感和量子計(jì)算等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的應(yīng)用。正如 Susi 總結(jié)的那樣，這可能具有令人興奮的意義：“最近，硅中的銻摻雜劑被認(rèn)為是固態(tài)核自旋量子位的有希望的候選者，我們的工作可能為它們的確定性制造開辟了道路。”

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