Исследователи добились одноатомного манипулирования с использованием усовершенствованного электронного микроскопа

Атомы являются составляющими всей материи и слишком малы, чтобы их можно было наблюдать без мощных продвинутых инструментов, таких как электронные микроскопы. Те же самые электроны, образующие изображения атомных структур, могут даже использоваться для перемещения атомов в материалах.

В настоящее время этот метод одноатомных манипуляций, введенный учеными Венского университета, смог добиться почти полного контроля над движением отдельных атомов примеси кремния в решетке графена, двумерного листа углерода. Результаты исследования были опубликованы в Nano Letters научном журнале.

Электронный луч, сфокусированный на атоме углерода рядом с примесным атомом кремния, может приводить к его переходу туда, где размещен луч. Шаг за шагом это позволяет перемещать кремний с атомной точностью вокруг гексагонального пути. (Image credit: CC-BY, Toma Susi / Венский университет)

В качестве выдающегося достижения в области нанотехнологий, с конца 1980-х годов, сканирующий туннельный микроскоп смог перемещать атомы поверх поверхностей, и на сегодняшний день он является единственной технологией, позволяющей контролировать отдельные атомы контролируемым образом.

В настоящее время сканирующий электронный электронный микроскоп (STEM) получил возможность надежно фокусировать электронный пучок с субатомной точностью, позволяя исследователям непосредственно наблюдать каждый атом в двумерных материалах, таких как графен, а также для целей одиночные атомы с использованием пучка. Каждый электрон имеет крошечную возможность рассеяния назад от ядра, обеспечивая ему удар в противоположном направлении.

. Добавляя к исследованиям, опубликованным в последние несколько лет, исследовательская группа Венского университета во главе с Томой Сузи в настоящее время использует сложный электронный микроскоп Nion UltraSTEM100 для перемещения одиночных атомов кремния в графене с абсолютно атомной точностью. Даже при ручном управлении реализованная скорость движения уже сравнима с самым современным в любой точке атомарно точного метода.

Контроль, который мы можем достичь, по существу направляя электронный луч вручную, уже замечателен, но мы также предприняли первые шаги к автоматизации путем обнаружения скачков в реальном времени.

Тома Сузи, Венский университет

Новые результаты также улучшают теоретические модели процесса, включая моделирование коллегами в Бельгии и Норвегии.

Исследователи записали в общей сложности почти 300 контролируемых прыжков. В дополнение к удлиненным путям или движению вокруг одного шестиугольника, образованного из атомов углерода в графене, можно было бы перемещать примеси кремния назад и вперед между двумя соседними узлами решетки, разделенными одной десятой-миллиардной метром, подобно переворачиванию атома -раздельный переключатель. В общем, это можно использовать для хранения одного бита информации в плотности, как никогда раньше. Доктор Сузи в заключение сказал: « Ваш компьютер или мобильный телефон не будут иметь атомных воспоминаний в ближайшее время, но атомы примесей графена, по-видимому, имеют потенциал как биты вблизи пределов того, что физически возможно ».

Европейский исследовательский совет (ERC) и Австрийский научный фонд (FWF) предоставили основное финансирование для этого исследования.

Source link