Elektronien "potku" poistaa yksittäisiä atomeja 2D-materiaalista – Physics World

Elektronisäde voi "potkaa" yksittäisiä atomeja ulos kaksiulotteisesta kuusikulmainen boorinitridilevystä (hBN) hallittavalla tavalla, mikä kumoaa ennusteet, joiden mukaan elektronien säteilytys olisi liian haitallista tähän tarkoitukseen. Vielä merkittävämpää on, että löydön takana olevat fyysikot ennustavat, että saman tekniikan korkeamman energian versio voisi ensisijaisesti poistaa typpiatomeja hBN-hilasta, mikä on odottamatonta, koska typpi on raskaampaa kuin boori. "Puuttuneiden" typpiatomien jättämillä tyhjillä tiloilla tai avoimilla työpaikoilla voisi olla sovelluksia kvanttilaskennassa, viestintäverkoissa ja antureissa.

 hBN:n tyhjillä typellä on optisia ominaisuuksia, jotka tekevät niistä ihanteellisia käytettäväksi kehittyvissä kvantti- ja optoelektronisissa laitteissa. Huono puoli on, että niitä voi olla vaikea eristää, mutta Wienin yliopiston tutkijat kokeellisen fyysikon Toma Susin johdolla ovat nyt löytäneet tavan tehdä se käyttämällä tekniikkaa, jota kutsutaan aberraatiokorjatuksi pyyhkäisytransmissioelektronimikroskoopiksi (TEM).

 "Transmissioelektronimikroskoopilla voidaan kuvata materiaalien atomirakennetta ja se soveltuu erityisen hyvin suoraan paljastamaan näytteen hilassa olevat viat", Susi selittää. "Aberraatiokorjaus antaa meille tarkkuuden yksittäisten atomien tarkkailuun – se on kuin silmälaseilla nähdäksesi selkeämmin - mutta sitä voidaan käyttää myös näiden atomien poistamiseen."

Aikaisemmin TEM-mittaukset suoritettiin yleensä suhteellisen huonoissa tyhjiöolosuhteissa. Näissä olosuhteissa instrumenttiin jääneet kaasumolekyylit voivat helposti vahingoittaa hBN-näytteitä syövyttämällä atomeja pois materiaalin kidehilasta. Suurienerginen elektronisuihku voi myös vaurioittaa näytettä joustavien törmäysten kautta säteen elektronien kanssa tai elektronisten viritysten kautta.

Hilavauriot vähenevät huomattavasti

Susi ja kollegat voittivat nämä ongelmat käyttämällä TEM:ää lähes ultrakorkeassa tyhjiöolosuhteissa ja testaamalla erilaisia ​​elektronisäteen energioita välillä 50-90 keV. He havaitsivat, että jäännöskaasumolekyylien puute parannetussa tyhjiössä vaimentaa ei-toivottuja etsausvaikutuksia, jotka tapahtuvat erittäin nopeasti ja estäisivät muuten yksittäisten atomien hallittavan poistamisen.

Lisäksi ryhmä havaitsi, että TEM voisi luoda yksittäisiä tyhjiä joko boorin ja typen paikkoja välienergialla. Vaikka boori purkautuu kaksi kertaa todennäköisemmin alle 80 keV:n energioissa sen pienemmän massan vuoksi, korkeammilla energioilla, ryhmä ennustaa, että typen poistuminen on helpompaa, mikä mahdollistaa tämän tyhjän tilan luomisen ensisijaisesti. "Näiden työpaikkojen luomiseen ei tarvita mitään erityistä", Susi kertoo Fysiikan maailma. "Kuvantamiseen käytetyillä elektroneilla on tarpeeksi energiaa hBN-hilan atomien poistamiseksi."

Se, että tutkijat suorittivat mittauksia monilla elektronienergioilla, antoivat heille mahdollisuuden kerätä vankkoja tilastoja siitä, kuinka puuttuvat atomit syntyvät, mikä on hyödyllistä kehitettäessä tulevaisuuden teoriaa siitä, kuinka avoimia työpaikkoja voidaan luoda TEM:n avulla.

Timanttikvanttivallankumous

"Nyt kun pystymme ennustamaan, kuinka paljon materiaalia tarvitsee säteilyttää kullakin energialla typpi- tai booriatomien poistamiseksi, voimme suunnitella kokeita, jotka optimoivat halutun työpaikkojen jakautumisen", Susi sanoo. "Olemme myös olleet edelläkävijöitä atomitason manipuloinnissa ohjaamalla elektronisuihku yksittäisiin hilakohtiin.

"Aiemmin luulimme, että kuusikulmainen boorinitridi vaurioittaisi liian nopeasti ollakseen sopiva sellaiseen käsittelyyn. Meidän on harkittava sitä nyt uudelleen."

Susi sanoo, että seuraava askel on yleistää tulokset hBN:n ulkopuolelle. "Paremmilla teoreettisilla malleilla voisimme ennustaa, kuinka säde on vuorovaikutuksessa paitsi hBN:n, myös mahdollisesti muiden materiaalien, kuten grafeenin ja bulkkipiin kanssa", hän sanoo.

Tutkijat kertovat työstään Pieni.