'Tendangan' elektron menghilangkan atom tunggal dari material 2D – Physics World

Seberkas elektron dapat "menendang" atom tunggal dari lembaran dua dimensi boron nitrida (hBN) heksagonal dengan cara yang dapat dikontrol, menentang prediksi bahwa iradiasi elektron akan terlalu merusak untuk tujuan ini. Yang lebih luar biasa lagi, fisikawan di balik penemuan ini memperkirakan bahwa versi energi yang lebih tinggi dari teknik yang sama dapat secara istimewa menghilangkan atom nitrogen dari kisi hBN, yang tidak terduga karena nitrogen lebih berat daripada boron. Ruang kosong, atau kekosongan, yang ditinggalkan oleh atom nitrogen yang “hilang” dapat diterapkan dalam komputasi kuantum, jaringan komunikasi, dan sensor.

 Kekosongan nitrogen di hBN memiliki sifat optik yang membuatnya ideal untuk digunakan dalam perangkat kuantum dan optoelektronik yang baru muncul. Sisi negatifnya adalah bahwa mereka mungkin sulit untuk diisolasi, tetapi para peneliti di Universitas Wina yang dipimpin oleh fisikawan eksperimental Toma Susi kini telah menemukan cara untuk melakukannya dengan menggunakan teknik yang disebut mikroskop elektron transmisi (TEM) pemindaian yang dikoreksi aberasi.

 “Miroskop elektron transmisi memungkinkan kita untuk mencitrakan struktur atom bahan dan sangat cocok untuk mengungkap secara langsung setiap cacat pada kisi sampel,” jelas Susi. “Koreksi aberasi memberi kita resolusi untuk mengamati atom tunggal – seperti menggunakan kacamata untuk melihat lebih jelas – tetapi juga dapat digunakan untuk menghilangkan atom-atom ini.”

Sebelumnya, pengukuran TEM biasanya dilakukan dalam kondisi vakum yang relatif buruk. Dalam keadaan ini, molekul gas yang tertinggal di instrumen dapat dengan mudah merusak sampel hBN dengan mengetsa atom di kisi kristal material. Berkas elektron berenergi tinggi juga dapat merusak sampel melalui tumbukan elastis dengan elektron dalam berkas atau eksitasi elektronik.

Kerusakan kisi sangat berkurang

Susi dan rekannya mengatasi masalah ini dengan mengoperasikan TEM dalam kondisi vakum sangat tinggi dan menguji berbagai energi berkas elektron antara 50 dan 90 keV. Mereka menemukan bahwa kurangnya molekul gas residu di bawah vakum yang ditingkatkan menekan efek etsa yang tidak diinginkan, yang terjadi sangat cepat dan sebaliknya akan mencegah atom tunggal dihilangkan secara terkendali.

Terlebih lagi, tim menemukan bahwa TEM dapat menciptakan kekosongan tunggal boron dan nitrogen pada energi menengah. Meskipun boron dua kali lebih mungkin dikeluarkan pada energi di bawah 80 keV karena massanya yang lebih rendah, pada energi yang lebih tinggi, tim memperkirakan bahwa nitrogen akan lebih mudah dikeluarkan, sehingga memungkinkan kekosongan ini tercipta secara istimewa. “Untuk menciptakan lowongan ini, tidak diperlukan hal khusus,” kata Susi Dunia Fisika. "Elektron yang digunakan untuk pencitraan memiliki energi yang cukup untuk melumpuhkan atom dalam kisi hBN."

Fakta bahwa para peneliti melakukan pengukuran pada banyak energi elektron memungkinkan mereka mengumpulkan statistik yang kuat tentang bagaimana atom yang hilang dihasilkan, sesuatu yang akan berguna untuk mengembangkan teori masa depan tentang bagaimana lowongan dapat dibuat menggunakan TEM.

Revolusi kuantum berlian

“Sekarang setelah kami dapat memprediksi berapa banyak yang kami perlukan untuk menyinari materi pada setiap energi untuk mengeluarkan atom nitrogen atau boron, kami dapat merancang eksperimen yang mengoptimalkan distribusi kekosongan yang diinginkan,” kata Susi. “Kami juga memelopori manipulasi tingkat atom dengan mengarahkan berkas elektron ke masing-masing lokasi kisi.

“Kami sebelumnya mengira boron nitrida heksagonal akan rusak terlalu cepat sehingga tidak cocok untuk perawatan semacam itu. Kita harus mempertimbangkannya kembali sekarang.”

Susi mengatakan langkah selanjutnya adalah menggeneralisasi hasil di luar hBN. “Dengan model teoretis yang lebih baik, kami dapat memprediksi bagaimana pancaran sinar berinteraksi tidak hanya dengan hBN tetapi berpotensi dengan material lain, seperti graphene dan silikon curah,” katanya.

Para peneliti merinci pekerjaan mereka Kecil.