Científicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) demostraron un avance conceptual al fabricar antídotos cuánticos (QAD) atómicamente precisos utilizando vacantes individuales (SV) autoensambladas en un dicalcogenuro de metal de transición (TMD) bidimensional (2D).
Los puntos cuánticos confinan electrones a nivel nanoescalar. Por el contrario, un antídoto se refiere a una región caracterizada por una colina de potencial que repele los electrones. Al introducir estratégicamente patrones de antídotos ("vacíos") en redes de antídotos cuidadosamente diseñadas, surgen intrigantes estructuras artificiales.
Estas estructuras exhiben una modulación potencial periódica para cambiar el comportamiento de los electrones 2D, lo que conduce a nuevas propiedades de transporte y fenómenos cuánticos únicos. A medida que continúa la tendencia hacia dispositivos miniaturizados, es importante controlar con precisión el tamaño y el espaciado de cada antídoto a nivel atómico. Este control, junto con la resiliencia a las perturbaciones ambientales, es crucial para abordar los desafíos tecnológicos en nanoelectrónica.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor asociado Jiong Lu del Departamento de Química de la NUS y el Instituto de Materiales Inteligentes Funcionales de la NUS introdujo un método para fabricar una serie de QAD a escala atómica con estados de agujeros cuánticos elegantemente diseñados en un TMD 2D de tres capas de átomos. .
Los QAD pueden servir como un candidato prometedor de nueva generación que puede utilizarse para aplicaciones como las tecnologías de la información cuántica. Esto se logró mediante el autoensamblaje de los SV en un patrón regular. La estructura atómica y electrónica de los QAD se analiza mediante microscopía de efecto túnel y microscopía de fuerza atómica sin contacto.
El estudio fue publicado en la revista Nature Nanotechnology. .
Un ditelururo de platino defectuoso (PtTe2 ) para este estudio se cultivó intencionalmente una muestra que contenía numerosos SV de telurio (Te). Después del recocido térmico, los Te SV se comportan como un "Lego atómico", autoensamblándose en QAD altamente ordenados basados en vacantes. Estos SV dentro de los QAD están espaciados por un solo átomo de Te, lo que representa la distancia mínima posible en las redes de antídotos convencionales.
Cuando aumenta el número de SV en los QAD, se fortalece el potencial repulsivo acumulativo. Esto conduce a una mayor interferencia de las cuasipartículas dentro de los QAD. Esto, a su vez, da como resultado la creación de estados de agujeros cuánticos de múltiples niveles, que presentan una brecha de energía ajustable que abarca desde las telecomunicaciones hasta los rangos del infrarrojo lejano.
Debido a sus características protegidas por la geometría, estos estados de agujeros cuánticos diseñados con precisión sobrevivieron en la estructura incluso cuando las vacantes en los QAD fueron ocupadas por oxígeno después de la exposición al aire. Esta excepcional robustez frente a las influencias ambientales es una ventaja adicional de este método.
El profesor asociado Lu dijo:"La demostración conceptual de la fabricación de estos QAD abre la puerta a la creación de una nueva clase de nanoestructuras artificiales en materiales 2D con estados de agujeros cuánticos discretos. Estas estructuras proporcionan una plataforma excelente para permitir la exploración de nuevos descubrimientos cuánticos". fenómenos y la dinámica del electrón caliente en regímenes previamente inaccesibles."
"Un mayor refinamiento de estos QAD mediante la introducción de átomos polarizados por espín para fabricar QAD magnéticos y sistemas Ising antiferromagnéticos en una red triangular podría proporcionar valiosos conocimientos atómicos sobre fases cuánticas exóticas. Estos conocimientos tienen potencial para avanzar en una amplia variedad de tecnologías de materiales", añadió Assoc. Profesor Lu.
Más información: Hanyan Fang et al, Antídotos cuánticos ensamblados en vacantes con precisión atómica, Nanotecnología natural (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01495-z
Información de la revista: Nanotecnología de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad Nacional de Singapur
