O 'chute' do elétron remove átomos individuais do material 2D - Physics World

Um feixe de elétrons pode “chutar” átomos individuais de uma folha bidimensional de nitreto de boro hexagonal (hBN) de maneira controlável, desafiando as previsões de que a irradiação de elétrons seria muito prejudicial para esse propósito. Ainda mais notável, os físicos por trás da descoberta prevêem que uma versão de alta energia da mesma técnica poderia preferencialmente remover átomos de nitrogênio da rede hBN, o que é inesperado, pois o nitrogênio é mais pesado que o boro. Os espaços vazios, ou lacunas, deixados pelos átomos de nitrogênio “ausentes” podem ter aplicações em computação quântica, redes de comunicação e sensores.

 Vacâncias de nitrogênio em hBN têm propriedades ópticas que as tornam ideais para uso em dispositivos quânticos e optoeletrônicos emergentes. A desvantagem é que eles podem ser difíceis de isolar, mas pesquisadores da Universidade de Viena, liderados pelo físico experimental Toma Susi, agora encontraram uma maneira de fazer isso usando uma técnica chamada microscopia eletrônica de transmissão de varredura corrigida por aberração (TEM).

 “A microscopia eletrônica de transmissão nos permite visualizar a estrutura atômica dos materiais e é particularmente adequada para revelar diretamente quaisquer defeitos na rede da amostra”, explica Susi. “A correção de aberração nos fornece a resolução para observar átomos individuais – é como usar óculos para ver com mais clareza – mas também pode ser usada para remover esses átomos”.

Anteriormente, as medições de TEM geralmente eram realizadas em condições de vácuo relativamente ruins. Nessas circunstâncias, as moléculas de gás que permaneceram no instrumento poderiam facilmente danificar as amostras de hBN, removendo átomos da rede cristalina do material. O feixe de elétrons de alta energia também pode danificar a amostra por meio de colisões elásticas com os elétrons do feixe ou excitações eletrônicas.

O dano da malha é bastante reduzido

Susi e seus colegas superaram esses problemas operando o TEM em condições de vácuo quase ultraalto e testando diferentes energias de feixe de elétrons entre 50 e 90 keV. Eles descobriram que a falta de moléculas residuais de gás sob o vácuo aprimorado suprime efeitos indesejados de corrosão, que ocorrem extremamente rápido e, de outra forma, impediriam que átomos individuais fossem removidos de forma controlada.

Além disso, a equipe descobriu que o TEM poderia criar vagas únicas de boro e nitrogênio em energias intermediárias. Embora o boro seja duas vezes mais provável de ser ejetado em energias abaixo de 80 keV por causa de sua massa mais baixa, em energias mais altas, a equipe prevê que o nitrogênio se tornará mais fácil de ejetar, permitindo assim que essa vaga seja preferencialmente criada. “Para criar essas vagas não é preciso nada de especial”, conta Susi Mundo da física. “Os elétrons usados ​​para a geração de imagens têm energia suficiente para derrubar átomos na rede hBN.”

O fato de os pesquisadores realizarem medições em muitas energias de elétrons permitiu que eles coletassem estatísticas robustas sobre como os átomos ausentes são gerados, algo que será útil para o desenvolvimento de uma futura teoria de como as lacunas podem ser criadas usando um TEM.

A revolução quântica do diamante

“Agora que podemos prever quanto precisamos irradiar o material a cada energia para expulsar os átomos de nitrogênio ou boro, podemos projetar experimentos que otimizem a distribuição desejada de lacunas”, diz Susi. “Também fomos pioneiros na manipulação em nível atômico, direcionando o feixe de elétrons para locais individuais da rede.

“Antes pensávamos que o nitreto de boro hexagonal danificava muito rapidamente para ser adequado para tal tratamento. Teremos que reconsiderar isso agora.

Susi diz que o próximo passo será generalizar os resultados para além do hBN. “Com melhores modelos teóricos, poderíamos prever como o feixe interage não apenas com o hBN, mas potencialmente com outros materiais, como grafeno e silício a granel”, diz ele.

Os pesquisadores detalham seu trabalho em Pequeno.