Antidotes quantiques de précision atomique via l’auto-assemblage de postes vacants

Le point quantique confine les électrons à l’échelle nanométrique. En revanche, un antidote fait référence à une région caractérisée par une colline de potentiel qui repousse les électrons. En introduisant stratégiquement des motifs antipoints (« vides ») dans des réseaux antipoints soigneusement conçus, des structures artificielles intrigantes émergent. Ces structures présentent une modulation de potentiel périodique pour modifier le comportement des électrons 2D, conduisant à de nouvelles propriétés de transport et à des phénomènes quantiques uniques. Alors que la tendance vers des dispositifs miniaturisés se poursuit, il est important de contrôler avec précision la taille et l’espacement de chaque antidote au niveau atomique. Ce contrôle ainsi que la résilience aux perturbations environnementales sont essentiels pour relever les défis technologiques en nanoélectronique.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur agrégé Jiong LU du département de chimie du NUS et de l’Institut NUS pour les matériaux intelligents fonctionnels a introduit une méthode pour fabriquer une série de QAD à l’échelle atomique avec des états de trous quantiques élégamment conçus dans un TMD 2D à trois couches d’atomes. . Les QAD peuvent constituer un candidat prometteur de nouvelle génération pouvant être utilisé pour des applications telles que les technologies de l’information quantique. Ceci a été réalisé grâce à l’auto-assemblage des SV selon un modèle régulier. La structure atomique et électronique des QAD est analysée à la fois par microscopie à effet tunnel et par microscopie à force atomique sans contact. Ce travail est réalisé en collaboration avec le groupe de recherche du professeur adjoint Aleksandr RODIN du Yale-NUS College.

L’étude a été publiée dans la revue Nature Nanotechnologie le 31 août 2023.

Un ditellurure de platine défectueux (PtTe₂) Un échantillon contenant de nombreux SV de tellure (Te) a été intentionnellement cultivé pour cette étude. Après recuit thermique, les Te SV se comportent comme des « Lego atomiques », s’auto-assemblant en QAD hautement ordonnés basés sur des postes vacants. Ces SV à l’intérieur des QAD sont espacés d’un seul atome de Te, ce qui représente la distance minimale possible dans les réseaux antipoints conventionnels. Lorsque le nombre de SV dans les QAD augmente, cela renforce le potentiel répulsif cumulé. Cela conduit à une interférence accrue des quasiparticules au sein des QAD. Ceci, à son tour, aboutit à la création d’états de trous quantiques à plusieurs niveaux, présentant un écart énergétique réglable s’étendant des télécommunications à l’infrarouge lointain.

En raison de leurs caractéristiques géométriques protégées, ces états de trous quantiques conçus avec précision ont survécu dans la structure même lorsque les espaces vides des QAD sont occupés par l’oxygène après exposition à l’air. Cette robustesse exceptionnelle contre les influences environnementales est un avantage supplémentaire de cette méthode.

Le professeur Assoc Lu a déclaré : « La démonstration conceptuelle de la fabrication de ces QAD ouvre la porte à la création d’une nouvelle classe de nanostructures artificielles dans des matériaux 2D avec des états de trous quantiques discrets. phénomènes et la dynamique des électrons chauds dans des régimes auparavant inaccessibles.

“Un perfectionnement supplémentaire de ces QAD en introduisant des atomes polarisés en spin pour fabriquer des QAD magnétiques et des systèmes d’Ising antiferromagnétiques sur un réseau triangulaire pourrait fournir des informations atomiques précieuses sur les phases quantiques exotiques. Ces informations ont le potentiel de faire progresser une grande variété de technologies matérielles”, a ajouté Assoc. Pr Lu.