Elektron "tekmesi", 2B malzemeden tek atomları kaldırır - Fizik Dünyası

Bir elektron demeti, iki boyutlu bir altıgen boron nitrür (hBN) tabakasından tekil atomları kontrol edilebilir bir şekilde “atabilir” ve elektron ışınlamasının bu amaç için çok zararlı olacağı tahminlerine meydan okur. Daha da dikkat çekici bir şekilde, keşfin arkasındaki fizikçiler, aynı tekniğin daha yüksek enerjili bir versiyonunun, nitrojen borondan daha ağır olduğu için beklenmedik bir şekilde, hBN kafesinden tercihen nitrojen atomlarını çıkarabileceğini tahmin ediyor. "Kayıp" nitrojen atomlarının geride bıraktığı boş alanların veya boşlukların kuantum hesaplama, iletişim ağları ve sensörlerde uygulamaları olabilir.

 hBN'deki nitrojen boşlukları, onları gelişmekte olan kuantum ve optoelektronik cihazlarda kullanım için ideal kılan optik özelliklere sahiptir. Dezavantajı, izole edilmelerinin zor olabilmesidir, ancak deneysel fizikçi Toma Susi liderliğindeki Viyana Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, şimdi sapma düzeltmeli taramalı transmisyon elektron mikroskobu (TEM) adı verilen bir teknik kullanarak bunu yapmanın bir yolunu bulmuşlardır.

 Susi, "Transmisyon elektron mikroskobu, malzemelerin atomik yapısını görüntülememizi sağlıyor ve numunenin kafesindeki herhangi bir kusuru doğrudan ortaya çıkarmak için özellikle çok uygun" diye açıklıyor Susi. "Sapma düzeltmesi bize tek atomları gözlemleme çözünürlüğü sağlıyor - daha net görmek için gözlük kullanmak gibi - ama aynı zamanda bu atomları uzaklaştırmak için de kullanılabilir."

Önceden, TEM ölçümleri genellikle nispeten zayıf vakum koşulları altında gerçekleştiriliyordu. Bu koşullarda, cihazda kalan gaz molekülleri, malzemenin kristal kafesindeki atomları aşındırarak hBN numunelerine kolayca zarar verebilir. Yüksek enerjili elektron ışını, ışındaki elektronlarla elastik çarpışmalar veya elektronik uyarımlar yoluyla numuneye de zarar verebilir.

Kafes hasarı büyük ölçüde azaltıldı

Susi ve meslektaşları, TEM'i neredeyse ultra yüksek vakum koşullarında çalıştırarak ve 50 ile 90 keV arasında farklı elektron ışını enerjilerini test ederek bu sorunların üstesinden geldi. Geliştirilmiş vakum altında artık gaz moleküllerinin olmamasının, son derece hızlı meydana gelen ve aksi takdirde tek atomların kontrol edilebilir bir şekilde çıkarılmasını önleyecek olan istenmeyen aşındırma etkilerini bastırdığını bulmuşlardır.

Dahası ekip, TEM'in ara enerjilerde hem bor hem de nitrojenden oluşan tekli boşluklar yaratabileceğini buldu. Borun daha düşük kütlesi nedeniyle 80 keV'nin altındaki enerjilerde dışarı atılma olasılığı iki kat daha fazla olsa da, daha yüksek enerjilerde, ekip nitrojenin atılmasının daha kolay hale geleceğini ve böylece bu boşluğun tercihen yaratılmasına izin vereceğini tahmin ediyor. Susi, "Bu boş pozisyonları oluşturmak için özel bir şeye gerek yok" diyor. Fizik dünyası. "Görüntüleme için kullanılan elektronlar, hBN kafesindeki atomları yok etmeye yetecek kadar enerjiye sahip."

Araştırmacıların birçok elektron enerjisi üzerinde ölçümler gerçekleştirmeleri, eksik atomların nasıl üretildiğine dair sağlam istatistikler toplamalarına olanak sağladı;

elmas kuantum devrimi

Susi, "Artık nitrojen veya bor atomlarını atmak için malzemeyi her enerjide ne kadar ışınlamamız gerektiğini tahmin edebiliyoruz, istenen boşluk dağılımını optimize eden deneyler tasarlayabiliriz" diyor Susi. "Ayrıca elektron ışınını tek tek kafes bölgelerine yönlendirerek atomik düzeyde manipülasyona öncülük ettik.

"Daha önce altıgen boron nitrürün bu tür bir tedavi için uygun olamayacak kadar çabuk zarar vereceğini düşünmüştük. Bunu şimdi tekrar gözden geçirmemiz gerekecek.”

Susi, bir sonraki adımın sonuçları hBN'nin ötesine genellemek olacağını söylüyor. "Daha iyi teorik modellerle, ışının yalnızca hBN ile değil, grafen ve toplu silikon gibi potansiyel olarak diğer malzemelerle nasıl etkileşime girdiğini tahmin edebiliriz" diyor.

Araştırmacılar çalışmalarını ayrıntılarıyla Küçük.