Herstellung atomar präziser Quantengegenpunkte durch Selbstorganisation freier Stellen

Wissenschaftler der National University of Singapore (NUS) demonstrierten einen konzeptionellen Durchbruch, indem sie atomar präzise Quantenantidote (QAD) unter Verwendung selbstorganisierter einzelner Leerstellen (SVs) in einem zweidimensionalen (2D) Übergangsmetalldichalkogenid (TMD) herstellten.

Quantenpunkte begrenzen Elektronen auf nanoskaliger Ebene. Im Gegensatz dazu bezieht sich ein Gegenmittel auf eine Region, die durch einen Potentialhügel gekennzeichnet ist, der Elektronen abstößt. Durch die strategische Einführung von Antidot-Mustern („Hohlräumen“) in sorgfältig entworfene Antidot-Gitter entstehen faszinierende künstliche Strukturen.

Diese Strukturen weisen eine periodische Potentialmodulation auf, um das 2D-Elektronenverhalten zu ändern, was zu neuartigen Transporteigenschaften und einzigartigen Quantenphänomenen führt. Da der Trend zu miniaturisierten Geräten anhält, ist es wichtig, die Größe und den Abstand jedes Gegenmittels auf atomarer Ebene genau zu steuern. Diese Kontrolle ist zusammen mit der Widerstandsfähigkeit gegenüber Umwelteinflüssen von entscheidender Bedeutung, um technologische Herausforderungen in der Nanoelektronik zu bewältigen.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Associate Professor Jiong Lu vom NUS Department of Chemistry und dem NUS Institute for Functional Intelligent Materials stellte eine Methode zur Herstellung einer Reihe von QADs im atomaren Maßstab mit elegant konstruierten Quantenlochzuständen in einem 2D-TMD mit drei Atomschichten vor .

QADs können als vielversprechender Kandidat der neuen Generation dienen, der für Anwendungen wie Quanteninformationstechnologien eingesetzt werden kann. Dies wurde durch die Selbstorganisation der SVs zu einem regelmäßigen Muster erreicht. Die atomare und elektronische Struktur der QADs wird sowohl mithilfe der Rastertunnelmikroskopie als auch der berührungslosen Rasterkraftmikroskopie analysiert.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Natur-Nanotechnologie.

Für diese Studie wurde absichtlich eine defekte Platinditellurid (PtTe2)-Probe gezüchtet, die zahlreiche Tellur (Te)-SVs enthielt. Nach der thermischen Ausheilung verhalten sich die Te-SVs wie ein „atomarer Legostein“, indem sie sich selbst zu hochgeordneten, auf Leerstellen basierenden QADs zusammensetzen. Diese SVs innerhalb von QADs sind durch ein einzelnes Te-Atom beabstandet, was den minimalen Abstand darstellt, der in herkömmlichen Antidot-Gittern möglich ist.

Wenn die Anzahl der SVs in QADs zunimmt, verstärkt dies das kumulative Abstoßungspotential. Dies führt zu einer verstärkten Interferenz der Quasiteilchen innerhalb der QADs. Dies wiederum führt zur Entstehung mehrstufiger Quantenlochzustände mit einer einstellbaren Energielücke, die vom Telekommunikations- bis zum Ferninfrarotbereich reicht.

Aufgrund ihrer geometriegeschützten Eigenschaften überlebten diese präzise konstruierten Quantenlochzustände in der Struktur, selbst wenn Leerstellen in QADs nach Einwirkung von Luft durch Sauerstoff besetzt wurden. Diese außergewöhnliche Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen ist ein zusätzlicher Vorteil dieser Methode.

Assoc Prof. Lu sagte: „Die konzeptionelle Demonstration der Herstellung dieser QADs öffnet die Tür für die Schaffung einer neuen Klasse künstlicher Nanostrukturen in 2D-Materialien mit diskreten Quantenlochzuständen. Diese Strukturen bieten eine hervorragende Plattform, um die Erforschung neuartiger Quanten zu ermöglichen.“ Phänomene und die Dynamik heißer Elektronen in bisher unzugänglichen Bereichen.

„Eine weitere Verfeinerung dieser QADs durch die Einführung spinpolarisierter Atome zur Herstellung magnetischer QADs und antiferromagnetischer Ising-Systeme auf einem Dreiecksgitter könnte wertvolle atomare Einblicke in exotische Quantenphasen liefern. Diese Erkenntnisse bergen Potenzial für die Weiterentwicklung einer Vielzahl von Materialtechnologien“, fügte Assoc hinzu Prof. Lu.