建模揭示了原子操作的原子华尔兹

维也纳大学物理学院的研究人员与美国橡树岭国家实验室的同事合作，发现了一种使用聚焦电子辐射来操纵硅中供体杂质的非破坏性机制。在这种新颖的间接交换过程中，不是一个而是两个相邻的硅原子参与协调的原子“华尔兹”，这可能为固态量子位的制造开辟了道路。结果已发表在《物理化学杂志》上。

原子尺度的工程材料是纳米技术的最终目标。众所周知，使用扫描隧道显微镜进行原子操作的例子包括从量子珊瑚的构建到可重写的原子记忆。然而，虽然已建立的扫描探针技术是处理表面原子的有力工具，但由于需要使物理尖端与样品接触，并且通常需要在低温下操作和储存，因此它们无法到达材料的主体。

扫描透射电子显微镜(STEM) 的最新进展引起了人们对使用电子束进行原子操作的兴趣，维也纳已成为全球这项研究的主要中心之一。“这项技术的独特优势在于它不仅能够访问表面原子，而且能够访问薄块状晶体中的杂质。这不仅是一种理论上的可能性：我们最近证明了硅中铋掺杂剂的第一次原理验证操作。美国合作者，”Toma Susi 解释说。

新的联合工作是对硅中 V 族掺杂元素的电子束操纵的系统建模研究。至关重要的是，维也纳团队发现了一种他们称之为间接交换的新机制，其中不是一个而是两个相邻的硅原子参与协调的原子“华尔兹”，这解释了电子撞击如何在硅晶格的主体内移动这些杂质. “虽然这种机制仅适用于铋和锑这两种较重的供体元素，但重要的是要发现它是非破坏性的，因为不需要从晶格中去除原子，”亚历山大·马克维奇补充道。

作为进一步的实验进展，该团队首次证明了使用 STEM 操纵硅中锑杂质的可能性。晶格内掺杂剂原子的精确定位可以在固态传感和量子计算等领域实现新的应用。正如 Susi 总结的那样，这可能具有令人兴奋的意义：“最近，硅中的锑掺杂剂被认为是固态核自旋量子位的有希望的候选者，我们的工作可能为它们的确定性制造开辟了道路。”

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