전자 '킥'은 2D 물질에서 단일 원자를 제거합니다.

전자 빔은 제어 가능한 방식으로 XNUMX차원 육각형 질화붕소(hBN) 시트에서 단일 원자를 "차낼" 수 있으며, 이는 전자 조사가 이러한 목적에 너무 해로울 것이라는 예측을 무시합니다. 더욱 놀랍게도, 이번 ​​발견의 배후에 있는 물리학자들은 동일한 기술의 고에너지 버전이 hBN 격자에서 질소 원자를 우선적으로 제거할 수 있다고 예측했는데, 이는 질소가 붕소보다 무겁기 때문에 예상치 못한 일이었습니다. "사라진" 질소 원자에 의해 남겨진 빈 공간은 양자 컴퓨팅, 통신 네트워크 및 센서에 응용될 수 있습니다.

 hBN의 질소 결손은 새로운 양자 및 광전자 장치에 사용하기에 이상적인 광학 특성을 가지고 있습니다. 단점은 분리하기 어려울 수 있다는 점이지만, 실험 물리학자인 Toma Susi가 이끄는 비엔나 대학의 연구원들은 이제 수차 보정 주사 투과 전자 현미경(TEM)이라는 기술을 사용하여 이를 수행하는 방법을 찾았습니다.

 "투과 전자 현미경을 사용하면 재료의 원자 구조를 이미지화할 수 있으며 특히 샘플 격자의 결함을 직접적으로 드러내는 데 매우 적합합니다."라고 Susi는 설명합니다. "수차 보정은 단일 원자를 관찰할 수 있는 해상도를 제공합니다. 안경을 사용하여 더 명확하게 보는 것과 같지만 이러한 원자를 제거하는 데에도 사용할 수 있습니다."

이전에는 일반적으로 TEM 측정이 상대적으로 열악한 진공 조건에서 수행되었습니다. 이러한 상황에서 장비에 남아 있는 가스 분자는 재료의 결정 격자에 있는 원자를 식각하여 hBN 샘플을 쉽게 손상시킬 수 있습니다. 고에너지 전자빔은 또한 빔 내 전자와의 탄성 충돌 또는 전자 여기를 통해 샘플을 손상시킬 수 있습니다.

격자 손상이 크게 감소됩니다.

Susi와 동료들은 거의 초고진공 조건에서 TEM을 작동하고 50keV에서 90keV 사이의 다양한 전자빔 에너지를 테스트함으로써 이러한 문제를 극복했습니다. 그들은 개선된 진공 하에서 잔류 가스 분자가 부족하여 원치 않는 에칭 효과를 억제한다는 사실을 발견했습니다. 이러한 효과는 매우 빠르게 발생하며 그렇지 않으면 단일 원자가 제어 가능하게 제거되는 것을 방지합니다.

게다가 연구팀은 TEM이 중간 에너지에서 붕소와 질소의 단일 공극을 생성할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 붕소는 질량이 낮기 때문에 80keV 이하의 에너지에서는 방출될 가능성이 두 배나 높지만, 에너지가 높을수록 질소가 방출되기 쉬워져 이러한 공극이 우선적으로 생성될 수 있다고 연구팀은 예측했습니다. Susi는 "이러한 공석을 만들기 위해 특별한 것은 필요하지 않습니다."라고 말합니다. 물리 세계. "영상화에 사용되는 전자는 hBN 격자의 원자를 녹아웃시킬 만큼 충분한 에너지를 가지고 있습니다."

연구자들이 많은 전자 에너지에 대해 측정을 수행했다는 사실을 통해 누락된 원자가 어떻게 생성되는지에 대한 강력한 통계를 수집할 수 있었으며, 이는 TEM을 사용하여 공석이 어떻게 생성될 수 있는지에 대한 미래 이론을 개발하는 데 유용할 것입니다.

다이아몬드 양자 혁명

"이제 우리는 질소나 붕소 원자를 쫓아내기 위해 각 에너지에서 물질을 얼마나 많이 조사해야 하는지 예측할 수 있으므로 원하는 공석 분포를 최적화하는 실험을 설계할 수 있습니다."라고 Susi는 말합니다. “우리는 또한 개별 격자 위치에 전자빔을 향하게 하여 원자 수준 조작을 개척했습니다.

“우리는 이전에 육각형 질화붕소가 너무 빨리 손상되어 그러한 처리에 적합하지 않을 것이라고 생각했습니다. 이제 그 점을 다시 생각해 보아야 할 것입니다.”

Susi는 다음 단계는 hBN 이상의 결과를 일반화하는 것이라고 말했습니다. “더 나은 이론적 모델을 통해 우리는 빔이 hBN뿐만 아니라 잠재적으로 그래핀 및 벌크 실리콘과 같은 다른 재료와 어떻게 상호 작용하는지 예측할 수 있습니다.”라고 그는 말합니다.

연구진은 자신의 연구를 자세히 설명합니다. 작은.