Gli scienziati dell'Università Nazionale di Singapore (NUS) hanno dimostrato una svolta concettuale fabbricando antidoti quantistici (QAD) atomicamente precisi utilizzando singoli posti vacanti (SV) autoassemblati in un dicalcogenuro di metallo di transizione (TMD) bidimensionale (2D).
I punti quantici confinano gli elettroni a livello nanometrico. Al contrario, un antipunto si riferisce ad una regione caratterizzata da una collina di potenziale che respinge gli elettroni. Introducendo strategicamente modelli antipunto ("vuoti") in reticoli antipunto attentamente progettati, emergono intriganti strutture artificiali.
Queste strutture mostrano una modulazione potenziale periodica per modificare il comportamento degli elettroni 2D, portando a nuove proprietà di trasporto e fenomeni quantistici unici. Poiché la tendenza verso dispositivi miniaturizzati continua, è importante controllare accuratamente le dimensioni e la spaziatura di ciascun antipunto a livello atomico. Questo controllo, insieme alla resilienza alle perturbazioni ambientali, è fondamentale per affrontare le sfide tecnologiche nel campo della nanoelettronica.
Un gruppo di ricerca guidato dal professore associato Jiong Lu del Dipartimento di Chimica della NUS e del NUS Institute for Functional Intelligent Materials ha introdotto un metodo per fabbricare una serie di QAD su scala atomica con stati di foro quantistico elegantemente progettati in un TMD 2D a tre strati di atomi .
I QAD possono rappresentare un promettente candidato di nuova generazione che può essere utilizzato per applicazioni come le tecnologie dell’informazione quantistica. Ciò è stato ottenuto attraverso l'autoassemblaggio degli SV secondo uno schema regolare. La struttura atomica ed elettronica dei QAD viene analizzata utilizzando sia la microscopia a effetto tunnel che la microscopia a forza atomica senza contatto.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Nanotechnology .
Una ditelluride di platino difettosa (PtTe2 ) campione contenente numerose SV di tellurio (Te) è stato coltivato intenzionalmente per questo studio. Dopo la ricottura termica, i Te SV si comportano come un "Lego atomico", autoassemblandosi in QAD altamente ordinati basati su posti vacanti. Questi SV all'interno dei QAD sono distanziati da un singolo atomo di Te, che rappresenta la distanza minima possibile nei reticoli antipunto convenzionali.
Quando il numero di SV nei QAD aumenta, rafforza il potenziale repulsivo cumulativo. Ciò porta ad una maggiore interferenza delle quasiparticelle all'interno dei QAD. Ciò, a sua volta, si traduce nella creazione di stati di buchi quantistici multilivello, caratterizzati da un divario energetico regolabile che va dalle telecomunicazioni alle gamme del lontano infrarosso.
A causa delle loro caratteristiche geometriche protette, questi stati di buchi quantistici progettati con precisione sono sopravvissuti nella struttura anche quando i posti vacanti nei QAD sono occupati dall’ossigeno dopo l’esposizione all’aria. Questa eccezionale robustezza contro le influenze ambientali è un ulteriore vantaggio di questo metodo.
Il Prof. Assoc Lu ha affermato:"La dimostrazione concettuale della fabbricazione di questi QAD apre le porte alla creazione di una nuova classe di nanostrutture artificiali in materiali 2D con stati di buchi quantistici discreti. Queste strutture forniscono un'eccellente piattaforma per consentire l'esplorazione di nuovi fenomeni quantistici". fenomeni e la dinamica dell'elettrone caldo in regimi precedentemente inaccessibili."
"Un ulteriore perfezionamento di questi QAD mediante l'introduzione di atomi con spin polarizzato per fabbricare QAD magnetici e sistemi Ising antiferromagnetici su un reticolo triangolare potrebbe fornire preziose informazioni atomiche su fasi quantistiche esotiche. Queste informazioni hanno il potenziale per far avanzare un'ampia varietà di tecnologie dei materiali", ha aggiunto Assoc Prof Lu.
Ulteriori informazioni: Hanyan Fang et al, Antidoti quantistici assemblati per posti vacanti atomicamente precisi, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01495-z
Informazioni sul giornale: Nanotecnologia naturale
Fornito dall'Università Nazionale di Singapore
