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用电子束操纵单个原子

2019-03-20 13:46:09来源:

所有的物质都是由原子组成的,如果没有强大的现代仪器(包括电子显微镜),它们就太小了。形成原子结构图像的相同电子也可用于移动材料中的原子。这种由维也纳大学研究人员开创的单原子操作技术,现在能够几乎完美地控制石墨烯(二维碳片)晶格内单个硅杂质原子的运动。最新结果发表在纳米快报的科学杂志上。

作为纳米技术的划时代成就,扫描隧道显微镜自20世纪80年代后期以来就能够将原子移动到表面上,并且直到最近才成为能够以这种受控方式移动单个原子的唯一技术。现在,扫描透射电子显微镜(STEM)能够可靠地聚焦亚原子精度的电子束,使科学家能够直接看到石墨烯等二维材料中的每个原子,并且还可以用光束瞄准单个原子。每个电子都有很小的机会从核心向后散射,在相反的方向上有一个踢。

在过去几年发表的工作基础上,由Toma Susi领导的维也纳大学的研究团队现在使用先进的电子显微镜Nion UltraSTEM100以真正的原子精度移动石墨烯中的单个硅原子。即使采用手动操作,所获得的移动速率也可与任何原子级精确技术中的最新技术相媲美。“通过手工操作电子束我们能够实现的控制已经非常显着,但我们通过实时检测跳跃进一步迈向自动化的第一步,”Susi说。新结果还通过包括比利时和挪威合作者的模拟改进了该过程的理论模型。

研究人员总共记录了近300次控制跳跃。除了延伸路径或围绕由石墨烯中的碳原子制成的单个六边形移动之外,硅杂质可以在两个相邻的晶格位置之间来回移动,所述晶格位置分开十亿分之一米,例如翻转原子尺寸的开关。原则上,这可以用于以记录高密度存储一位信息。Susi博士总结道,“你的计算机或手机不会很快就会有原子记忆,但石墨烯杂质原子看起来似乎有可能接近物理上可能的极限。”