Изготовление квантовых антидот атомарной точности посредством вакансионной самосборки

 Ученые Национального университета Сингапура (NUS) продемонстрировали концептуальный прорыв, изготовив квантовые антиточки атомарной точности (QAD) с использованием самоорганизующихся одиночных вакансий (SV) в двумерном (2D) дихалькогениде переходного металла (TMD).

Изображение, полученное сканирующей туннельной микроскопией, квантовой антиточки атомарной точности (QAD), самоорганизующейся из 15 одиночных вакансий теллура (Te) на поверхности дителлурида платины (PtTe2). (Фото: phys.org)

Квантовые точки удерживают электроны на наноуровне. Напротив, антиточка относится к области, характеризующейся потенциальным холмом, отталкивающим электроны. Путем стратегического введения паттернов-антиточек («пустот») в тщательно спроектированные решетки-антиточки возникают интригующие искусственные структуры.

Эти структуры демонстрируют периодическую потенциальную модуляцию, изменяющую поведение двумерных электронов, что приводит к новым транспортным свойствам и уникальным квантовым явлениям. Поскольку тенденция к миниатюризации устройств продолжается, важно точно контролировать размер и расстояние между каждой антиточкой на атомном уровне. Этот контроль вместе с устойчивостью к возмущениям окружающей среды имеет решающее значение для решения технологических проблем в наноэлектронике.

Исследовательская группа под руководством доцента Цзюн Лу из химического факультета НУС и Института функциональных интеллектуальных материалов НУС представила метод изготовления серии QAD атомного масштаба с элегантно спроектированными состояниями квантовых дырок в двумерном трехатомном слое TMD. .

QAD могут служить многообещающим кандидатом нового поколения, который можно использовать в таких приложениях, как квантовые информационные технологии. Этого удалось добиться за счет самостоятельной сборки СВ в штатную схему. Атомная и электронная структура КАД анализируется с использованием как сканирующей туннельной микроскопии, так и бесконтактной атомно-силовой микроскопии.

Для данного исследования был специально выращен дефектный образец дителлурида платины (PtTe2), содержащий многочисленные SV теллура (Te). После термического отжига Te SV ведут себя как «атомный конструктор Lego», самоорганизуясь в высокоупорядоченные QAD на основе вакансий. Эти SV внутри QAD расположены на расстоянии одного атома Te, что представляет собой минимальное расстояние, возможное в обычных решетках антиточек.

Увеличение количества СВ в КАД усиливает кумулятивный отталкивающий потенциал. Это приводит к усилению интерференции квазичастиц внутри КАД. Это, в свою очередь, приводит к созданию многоуровневых состояний квантовых дырок с регулируемым энергетическим зазором, простирающимся от телекоммуникационного до дальнего инфракрасного диапазона.

Благодаря своим характеристикам, защищенным геометрией, эти точно спроектированные состояния квантовых дырок сохранились в структуре, даже когда вакансии в QAD были заняты кислородом после воздействия воздуха. Исключительная устойчивость к воздействию окружающей среды является дополнительным преимуществом этого метода.

Доцент Лу сказал: «Концептуальная демонстрация изготовления этих QAD открывает двери для создания нового класса искусственных наноструктур в 2D-материалах с дискретными состояниями квантовых дырок. Эти структуры обеспечивают отличную платформу для исследования новых квантовых дырок. явления и динамика горячих электронов в ранее недоступных режимах».

«Дальнейшее усовершенствование этих QAD путем введения спин-поляризованных атомов для изготовления магнитных QAD и антиферромагнитных систем Изинга на треугольной решетке может дать ценную атомную информацию об экзотических квантовых фазах. Эти идеи содержат потенциал для развития широкого спектра технологий материалов», — добавил доцент. Профессор Лу.

Источник