Fremstilling af atomisk præcise kvantemodgifte via ledig selvsamling

Forskere fra National University of Singapore (NUS) demonstrerede et konceptuelt gennembrud ved at fremstille atomisk præcise kvantemodgifte (QAD) ved hjælp af selvsamlede enkelt ledige stillinger (SV'er) i et todimensionelt (2D) overgangsmetal dichalcogenid (TMD).

Kvanteprikker begrænser elektroner på nanoskalaniveau. I modsætning hertil refererer en modgift til en region karakteriseret ved en potentiel bakke, der frastøder elektroner. Ved strategisk at introducere antidot-mønstre ("tomrum") i omhyggeligt designede antidot-gitre, opstår spændende kunstige strukturer.

Disse strukturer udviser periodisk potentialmodulation for at ændre 2D elektronadfærd, hvilket fører til nye transportegenskaber og unikke kvantefænomener. Da tendensen mod miniaturiserede enheder fortsætter, er det vigtigt at kontrollere størrelsen og afstanden mellem hver modgift nøjagtigt på atomniveau. Denne kontrol sammen med modstandsdygtighed over for miljøforstyrrelser er afgørende for at løse teknologiske udfordringer inden for nanoelektronik.

Et forskerhold ledet af lektor Jiong Lu fra NUS Department of Chemistry og NUS Institute for Functional Intelligent Materials introducerede en metode til at fremstille en række atomare QAD'er med elegant konstruerede kvantehultilstande i en 2D tre-atom-lags TMD .

QAD'er kan tjene som en lovende ny generationskandidat, der kan bruges til applikationer såsom kvanteinformationsteknologier. Dette blev opnået gennem selvsamling af SV'erne til et regulært mønster. Den atomare og elektroniske struktur af QAD'erne analyseres ved hjælp af både scanning tunneling mikroskopi og ikke-kontakt atomic force mikroskopi.

Undersøgelsen blev publiceret i tidsskriftet Nature Nanotechnology .

Et defekt platin-ditellurid (PtTe₂ ) prøve indeholdende talrige tellur (Te) SV'er blev bevidst dyrket til denne undersøgelse. Efter termisk udglødning opfører Te SV'erne sig som et "atomisk Lego", der samler sig selv til højt ordnede ledige stillinger-baserede QAD'er. Disse SV'er inde i QAD'er er adskilt af et enkelt Te-atom, hvilket repræsenterer den minimale afstand, der er mulig i konventionelle antidot-gitre.

Når antallet af SV'er i QAD'er stiger, styrker det det kumulative frastødende potentiale. Dette fører til øget interferens af kvasipartiklerne i QAD'erne. Dette resulterer igen i skabelsen af ​​kvantehultilstande på flere niveauer med et justerbart energigab, der spænder fra telekommunikation til fjerninfrarøde områder.

På grund af deres geometribeskyttede egenskaber overlevede disse præcist konstruerede kvantehultilstande i strukturen, selv når ledige pladser i QAD'er er optaget af ilt efter eksponering for luft. Denne enestående robusthed over for miljøpåvirkninger er en ekstra fordel ved denne metode.

Assoc Prof Lu sagde:"Den konceptuelle demonstration af fremstillingen af ​​disse QAD'er åbner døren for skabelsen af ​​en ny klasse af kunstige nanostrukturer i 2D-materialer med diskrete kvantehultilstande. Disse strukturer giver en fremragende platform til at muliggøre udforskningen af ​​nye kvantesystemer. fænomener og dynamikken af ​​varme elektroner i tidligere utilgængelige regimer."

"Yderligere forfining af disse QAD'er ved at introducere spin-polariserede atomer til at fremstille magnetiske QAD'er og antiferromagnetiske Ising-systemer på et trekantet gitter kunne give værdifuld atomær indsigt i eksotiske kvantefaser. Disse indsigter rummer potentiale til at fremme en bred vifte af materialeteknologier," tilføjede Assoc Prof Lu.

Flere oplysninger: Hanyan Fang et al., Atomisk præcise, ledige kvante-moddots, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01495-z

Journaloplysninger: Naturenanoteknologi

Leveret af National University of Singapore