È stato a lungo un sogno inventare nuovi materiali dall'alto verso il basso scegliendo quali atomi vanno dove progettare proprietà di interesse. Una tecnica creata dai ricercatori del Dipartimento di Fisica e Astronomia consente loro di "schizzare" modelli di elettroni in un materiale quantistico programmabile:alluminato di lantanio/titanato di stronzio o "LAO/STO". Utilizzando questo approccio, possono creare dispositivi quantistici e con dimensioni delle caratteristiche paragonabili alla spaziatura tra gli elettroni, e persino "schizzi" reticoli artificiali che gli elettroni devono attraversare, con altissima precisione.

Per sviluppare questa capacità, i ricercatori hanno riproposto uno strumento di litografia a fascio di elettroni, che viene normalmente utilizzato per creare nanostrutture esponendo un resist che si indurisce in una maschera, consentendo di aggiungere o rimuovere successivamente strati di materiale. Invece di far funzionare lo strumento al suo normale valore di 20, 000 Volt, i ricercatori l'hanno ridotto a poche centinaia di volt, dove gli elettroni non potevano penetrare la superficie del loro materiale di ossido, e invece, senza alcun resist, catalizzano una reazione superficiale che rende la superficie LAO carica positivamente, e l'interfaccia LAO/STO localmente conduttiva. Il fascio di elettroni è 10, 000 volte più veloce nella scrittura rispetto alla litografia basata sul microscopio a forza atomica, senza perdere la risoluzione spaziale o la capacità di essere riprogrammata. Inoltre, gli autori hanno dimostrato che questa tecnica può programmare l'interfaccia LAO/STO se integrata con altri strati 2D come il grafene.

La squadra è guidata da Jeremy Levy, un illustre professore di fisica della materia condensata e direttore del Pittsburgh Quantum Institute, descrivere il metodo nel documento, "Controllo su nanoscala di LaAIO ₃ /SrTiO ₃ transizione metallo-isolante mediante litografia a fascio di elettroni a bassissima tensione." Il documento è stato pubblicato in Lettere di fisica applicata il 21 dicembre.

Dengyu Yang, uno studente laureato che ha sviluppato la tecnica ed è l'autore principale della carta, lo ha paragonato a "immaginare uno schizzo su una tela con una penna".

"In questo caso, la tela è LAO/STO e la "penna" è un fascio di elettroni. Questa potente capacità ci consente di partecipare con strutture più complesse e di spendere il dispositivo da una dimensione a due dimensioni, " lei disse.

Yang e Levy hanno affermato che la scoperta potrebbe avere implicazioni nei campi del trasporto quantistico e della simulazione quantistica.

"Siamo molto interessati all'utilizzo di questa tecnica per creare programmaticamente nuove famiglie di materiali elettronici bidimensionali basati su matrici di atomi artificiali scritti utilizzando questa tecnica. Il nostro gruppo ha recentemente pubblicato un articolo in Progressi scientifici dimostrando l'idea della simulazione quantistica in dispositivi unidimensionali, utilizzando il metodo AFM. Questa nuova tecnica basata su EBL ci consentirà di eseguire simulazioni quantistiche in due dimensioni, " disse Levi.

Oltre a Yang e Levy, I collaboratori di Pitt sul documento includono il professore di ricerca Patrick Irvin e gli studenti laureati Shan Hao, Qing Guo, Muqing Yu, Yang Hu, Professore assistente Jun Chen della Swanson School of Engineering. Ulteriori affiliazioni includono il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso l'Università del Wisconsin-Madison e il Pittsburgh Quantum Institute.