Pesquisadores da Faculdade de Física da Universidade de Viena, em colaboração com colegas do Laboratório Nacional de Oak Ridge, nos EUA, descobriram um mecanismo não destrutivo para manipular impurezas do doador dentro do silício usando irradiação de elétrons focada. Nesse novo processo de troca indireta, não um, mas dois átomos de silício vizinhos estão envolvidos em uma “valsa” atômica coordenada, que pode abrir um caminho para a fabricação de qubits de estado sólido. Os resultados foram publicados no Journal of Physical Chemistry.
Materiais de engenharia em escala atômica é o objetivo final da nanotecnologia. Exemplos bem conhecidos de manipulação de átomos com microscopia de varredura por tunelamento vão desde a construção de corais quânticos até memórias atômicas regraváveis. No entanto, embora as técnicas de sonda de varredura estabelecidas sejam ferramentas capazes para a manipulação de átomos de superfície, elas não podem alcançar a maior parte do material devido à necessidade de colocar uma ponta física em contato com a amostra e geralmente requerem operação e armazenamento em temperaturas criogênicas.
Avanços recentes na microscopia eletrônica de transmissão de varredura (STEM) aumentaram o interesse no uso de um feixe de elétrons para a manipulação de átomos, e Viena emergiu como um dos principais centros dessa pesquisa em todo o mundo. “A força única desta técnica é sua capacidade de acessar não apenas átomos superficiais, mas também impurezas dentro de cristais finos. Esta não é apenas uma possibilidade teórica: a primeira prova de princípio de manipulação de dopantes de bismuto em silício foi recentemente demonstrada por nosso Colaboradores dos EUA “, explica Toma Susi.
O novo trabalho conjunto é um estudo de modelagem sistemática na manipulação por feixe de elétrons de elementos dopantes do grupo V dentro do silício. Crucialmente, a equipe de Viena descobriu um novo tipo de mecanismo que eles chamam de troca indireta, onde não um, mas dois átomos de silício vizinhos estão envolvidos em uma “valsa” atômica coordenada, que explica como os impactos de elétrons podem mover essas impurezas dentro da estrutura do silício . “Embora esse mecanismo funcione apenas para os dois elementos doadores mais pesados, o bismuto e o antimônio, foi crucial descobrir que ele é não destrutivo, já que nenhum átomo precisa ser removido da rede”, acrescenta Alexander Markevich.
Como mais um avanço experimental, a equipe foi pela primeira vez capaz de demonstrar a possibilidade de manipular impurezas de antimônio no silício usando STEM. O posicionamento preciso de átomos dopantes dentro das redes cristalinas pode permitir novas aplicações em áreas, incluindo detecção de estado sólido e computação quântica. Isso pode ter implicações empolgantes, como Susi conclui: “Muito recentemente, dopantes de antimônio no silício foram sugeridos como candidatos promissores para qubits de spin nuclear de estado sólido, e nosso trabalho pode abrir um caminho para sua fabricação determinística.”
Publicado em 15/08/2021 11h46
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