Antídotos quânticos atomicamente precisos por meio de automontagem de vagas

O ponto quântico confina os elétrons em um nível de nanoescala. Em contraste, um antídoto refere-se a uma região caracterizada por uma colina potencial que repele elétrons. Ao introduzir estrategicamente padrões de antídotos (“vazios”) em redes de antídotos cuidadosamente projetadas, surgem estruturas artificiais intrigantes. Essas estruturas exibem modulação potencial periódica para alterar o comportamento dos elétrons 2D, levando a novas propriedades de transporte e fenômenos quânticos únicos. À medida que a tendência para dispositivos miniaturizados continua, é importante controlar com precisão o tamanho e o espaçamento de cada antídoto no nível atômico. Este controle, juntamente com a resiliência às perturbações ambientais, é crucial para enfrentar os desafios tecnológicos na nanoeletrônica.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Professor Associado Jiong LU do Departamento de Química da NUS e do Instituto NUS de Materiais Inteligentes Funcionais introduziu um método para fabricar uma série de QADs em escala atômica com estados de buracos quânticos elegantemente projetados em um TMD 2D de três camadas de átomos . Os QADs podem servir como um candidato promissor de nova geração que pode ser usado para aplicações como tecnologias de informação quântica. Isto foi conseguido através da automontagem dos SVs em um padrão regular. A estrutura atômica e eletrônica dos QADs é analisada usando microscopia de varredura por tunelamento e microscopia de força atômica sem contato. Este trabalho é realizado em colaboração com o grupo de pesquisa do Professor Assistente Aleksandr RODIN do Yale-NUS College.

O estudo foi publicado na revista Nanotecnologia da Natureza em 31 de agosto de 2023.

Um ditelureto de platina defeituoso (PtTe₂) amostra contendo numerosos SVs de telúrio (Te) foi cultivada intencionalmente para este estudo. Após o recozimento térmico, os Te SVs se comportam como “Lego atômico”, automontando-se em QADs altamente ordenados baseados em vagas. Esses SVs dentro dos QADs são espaçados por um único átomo de Te, representando a distância mínima possível em redes de antídotos convencionais. Quando o número de SVs em QADs aumenta, fortalece o potencial repulsivo cumulativo. Isto leva a uma maior interferência das quasipartículas dentro dos QADs. Isso, por sua vez, resulta na criação de estados de buracos quânticos de vários níveis, apresentando uma lacuna de energia ajustável que vai desde as telecomunicações até as faixas do infravermelho distante.

Devido às suas características de geometria protegida, esses estados de buracos quânticos projetados com precisão sobreviveram na estrutura mesmo quando as vagas nos QADs são ocupadas por oxigênio após a exposição ao ar. Esta excepcional robustez contra influências ambientais é uma vantagem adicional deste método.

Assoc Prof Lu disse: “A demonstração conceitual da fabricação desses QADs abre a porta para a criação de uma nova classe de nanoestruturas artificiais em materiais 2D com estados de buracos quânticos discretos. Essas estruturas fornecem uma excelente plataforma para permitir a exploração de novas tecnologias quânticas. fenômenos e a dinâmica do elétron quente em regimes anteriormente inacessíveis.”

“O refinamento adicional desses QADs, introduzindo átomos polarizados por spin para fabricar QADs magnéticos e sistemas Ising antiferromagnéticos em uma rede triangular poderia fornecer insights atômicos valiosos sobre fases quânticas exóticas. Esses insights têm potencial para o avanço de uma ampla variedade de tecnologias de materiais, “acrescentou Assoc Prof Lú.