建模揭示了原子操作的原子華爾茲
維也納大學物理學院的研究人員與美國橡樹嶺國家實驗室的同事合作，發(fā)現(xiàn)了一種使用聚焦電子輻射來操縱硅中供體雜質的非破壞性機制。在這種新穎的間接交換過程中，不是一個而是兩個相鄰的硅原子參與協(xié)調的原子“華爾茲”，這可能為固態(tài)量子位的制造開辟了道路。結果已發(fā)表在《物理化學雜志》上。
原子尺度的工程材料是納米技術的最終目標。眾所周知，使用掃描隧道顯微鏡進行原子操作的例子包括從量子珊瑚的構建到可重寫的原子記憶。然而，雖然已建立的掃描探針技術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存，因此它們無法到達材料的主體。
掃描透射電子顯微鏡(STEM) 的最新進展引起了人們對使用電子束進行原子操作的興趣，維也納已成為全球這項研究的主要中心之一。“這項技術的獨特優(yōu)勢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。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證操作。美國合作者，”Toma Susi 解釋說。
新的聯(lián)合工作是對硅中 V 族摻雜元素的電子束操縱的系統(tǒng)建模研究。至關重要的是，維也納團隊發(fā)現(xiàn)了一種他們稱之為間接交換的新機制，其中不是一個而是兩個相鄰的硅原子參與協(xié)調的原子“華爾茲”，這解釋了電子撞擊如何在硅晶格的主體內移動這些雜質. “雖然這種機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，因為不需要從晶格中去除原子，”亞歷山大·馬克維奇補充道。
作為進一步的實驗進展，該團隊首次證明了使用 STEM 操縱硅中銻雜質的可能性。晶格內摻雜劑原子的精確定位可以在固態(tài)傳感和量子計算等領域實現(xiàn)新的應用。正如 Susi 總結的那樣，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。”
標簽： 原子華爾茲