Investigadores de la Facultad de Física de la Universidad de Viena en colaboración con colegas del Laboratorio Nacional de Oak Ridge en los EE. UU. Han descubierto un mecanismo no destructivo para manipular las impurezas de los donantes dentro del silicio mediante irradiación de electrones enfocada. En este novedoso proceso de intercambio indirecto, no uno sino dos átomos de silicio vecinos están involucrados en un "vals atómico coordinado, "que puede abrir un camino para la fabricación de qubits de estado sólido. Los resultados han sido publicados en el Revista de química física .

Los materiales de ingeniería a escala atómica son un objetivo final de la nanotecnología. Ejemplos bien conocidos de manipulación de átomos con microscopía de túnel de barrido van desde la construcción de corales cuánticos hasta memorias atómicas regrabables. Sin embargo, mientras que las técnicas de sonda de barrido establecidas son herramientas capaces para la manipulación de átomos de superficie, no pueden alcanzar la mayor parte del material debido a la necesidad de poner una punta física en contacto con la muestra y generalmente requieren operación y almacenamiento a temperaturas criogénicas.

Los avances recientes en la microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM) han despertado el interés en el uso de un haz de electrones para la manipulación de átomos. y Viena se ha convertido en uno de los principales centros de esta investigación en todo el mundo. "La fuerza única de esta técnica es su capacidad para acceder no solo a los átomos de la superficie, sino también a las impurezas dentro de los cristales a granel delgados. Esta no es solo una posibilidad teórica:la primera manipulación de prueba de principio de los dopantes de bismuto en el silicio fue demostrada recientemente por nuestro Colaboradores estadounidenses, "Toma Susi explica.

El nuevo trabajo conjunto es un estudio de modelado sistemático sobre la manipulación por haz de electrones de elementos dopantes del grupo V dentro del silicio. Crucialmente, el equipo de Viena descubrió un nuevo tipo de mecanismo que llaman intercambio indirecto, donde no uno sino dos átomos de silicio vecinos están involucrados en un vals atómico coordinado, "lo que explica cómo los impactos de los electrones pueden mover estas impurezas dentro de la mayor parte de la red de silicio". Si bien este mecanismo solo funciona para los dos elementos donantes más pesados, bismuto y antimonio, fue crucial descubrir que no es destructivo, ya que no es necesario eliminar átomos de la red, ", Añade Alexander Markevich.

Como un avance experimental adicional, el equipo pudo demostrar por primera vez la posibilidad de manipular impurezas de antimonio en silicio utilizando STEM. El posicionamiento preciso de los átomos dopantes dentro de las redes cristalinas podría permitir nuevas aplicaciones en áreas que incluyen la detección de estado sólido y la computación cuántica. Esto puede tener implicaciones interesantes, como concluye Susi:"Muy recientemente, se sugirió que los dopantes de antimonio en silicio eran candidatos prometedores para qubits de espín nuclear de estado sólido, y nuestro trabajo puede abrir un camino para su fabricación determinista ".