Flytning af siliciumatomer i grafen med atomær præcision

Richard Feynman stillede berømt spørgsmålet i 1959:er det muligt at se og manipulere individuelle atomer i materialer? I en periode virkede hans vision mere science fiction end videnskab, men begyndende med banebrydende eksperimenter i slutningen af ​​1980'erne og nyere udvikling inden for elektronmikroskopi-instrumentering er det blevet videnskabelig realitet. Imidlertid, skader forårsaget af elektronstrålen er ofte et problem i sådanne eksperimenter.

Den nuværende undersøgelse fokuserede på enkeltlags grafen med siliciumatomer indlejret i gitteret, tidligere skabt og studeret af samarbejdspartnerne fra Manchester og Daresbury i Storbritannien. På grund af den større størrelse af silicium sammenlignet med kulstof, disse dopingatomer rager ud fra planet, hvilket giver interessant dynamik under elektronstrålen. De detaljerede simuleringer udført ved universitetet i Wien viste, at de 60 kiloelektronvolt-elektroner, som de banebrydende Nion-mikroskoper fra begge hold bruger til at afbilde strukturen, ikke er energiske nok til sandsynligvis at forårsage den direkte udstødning af atomer, i overensstemmelse med det observerede.

Afgørende, imidlertid, carbonatomer ved siden af ​​et siliciumdoteringsmiddel er lidt mindre stærkt bundet, og kan få lige nok et spark til, at de næsten slipper ud af gitteret, men genfanges på grund af en attraktiv interaktion med siliciumatomet. I mellemtiden silicium slapper af til gitterpositionen efterladt tom af det påvirkede carbonatom, som dermed lander tilbage i gitteret på den modsatte side fra hvor den startede. Træde i kræft, silicium-carbon-bindingen er omvendt, som blev set direkte af mikroskopiholdene. At analysere de eksperimentelle data for næsten 40 sådanne spring gav en sandsynlighed, der kunne sammenlignes direkte med simuleringerne, med bemærkelsesværdig enighed.

Udover at være smuk fysik, resultaterne åbner lovende muligheder for ingeniørarbejde på atomare skala:"Det, der gør vores resultater virkelig spændende, er, at bindingsflipningen er retningsbestemt - silicium flytter sig til at tage pladsen for carbonatomet, der blev ramt af en sondeelektron", forklarer hovedforfatter Toma Susi, fysiker og FWF Lise Meitner Fellow ved universitetet i Wien. "Det betyder, at det burde være muligt at styre bevægelsen af ​​et eller flere siliciumatomer i gitteret med atomær præcision. Så måske vil vi se en ny slags kvantekorral eller et universitetslogo lavet af siliciumatomer i grafen i den nærmeste fremtid. fremtid", slutter han.