El potencial brillante de los átomos perdidos
Vacantes de un solo átomo en aislantes atómicamente finos creados en vacío ultraalto
Los fotones individuales tienen aplicaciones en computación cuántica, redes de información y sensores, y éstos pueden ser emitidos por defectos en el aislante atómicamente delgado nitruro de boro hexagonal (hBN). Se ha sugerido que los átomos de nitrógeno ausentes son la estructura atómica responsable de esta actividad, pero es difícil eliminarlos de forma controlable. Un equipo de la Facultad de Física de la Universidad de Viena ha demostrado ahora que es posible expulsar átomos individuales utilizando un microscopio electrónico de transmisión de barrido en vacío ultraalto. Los resultados se publican en la revista Small.
En esta imagen filtrada y coloreada de microscopía electrónica de transmisión de barrido, los átomos de nitrógeno muestran un contraste más brillante, y la vacante es visible como contraste oscuro triangular en la parte superior izquierda.
Toma Susi, Universität Wien (CC-BY)
La microscopía electrónica de transmisión permite ver la estructura atómica de los materiales, y es especialmente adecuada para revelar directamente cualquier defecto en la red de la muestra, que puede ser perjudicial o útil según la aplicación. Sin embargo, el haz de electrones energéticos también puede dañar la estructura, ya sea debido a colisiones elásticas o a excitaciones electrónicas, o a una combinación de ambas. Además, cualquier gas que quede en el vacío del instrumento puede contribuir al daño, ya que las moléculas de gas disociadas pueden desprender átomos de la red. Hasta ahora, las medidas de microscopía electrónica de transmisión del hBN se han llevado a cabo en condiciones de vacío relativamente pobres, lo que ha provocado un daño rápido. Debido a esta limitación, no estaba claro si se podían crear vacantes (átomos individuales ausentes) de forma controlable.
En la Universidad de Viena se ha conseguido crear vacantes atómicas individuales mediante microscopía electrónica de transmisión de barrido con corrección de aberraciones en condiciones de vacío casi ultraalto. El material se irradió con distintas energías de haz electrónico, lo que influye en la tasa de daño medida. A bajas energías, el daño es mucho más lento que el medido anteriormente en condiciones de vacío residual más pobres. A energías de electrones intermedias pueden crearse vacantes individuales de boro y nitrógeno, y el boro tiene el doble de probabilidades de ser expulsado debido a su menor masa. Aunque las mediciones atómicamente precisas no son factibles a las energías más altas utilizadas anteriormente para que el hBN emitiera fotones individuales, los resultados predicen que el nitrógeno, a su vez, es más fácil de expulsar, lo que permite crear preferentemente estas brillantes vacantes.
Para llegar a estas conclusiones han sido fundamentales las sólidas estadísticas recopiladas mediante un minucioso trabajo experimental combinado con nuevos modelos teóricos. La autora principal, Thuy An Bui, ha trabajado en el proyecto desde su tesis de máster: "Para cada energía de electrones, necesitaba pasar muchos días en el microscopio recogiendo cuidadosamente una serie de datos tras otra", explica. "Una vez recopilados los datos, utilizamos el aprendizaje automático para ayudar a analizarlos con precisión, aunque incluso esto requirió mucho trabajo". El autor principal, Toma Susi, añade: "Para comprender el mecanismo de daño, creamos un modelo aproximado que combina la ionización con el daño por impacto. Esto nos permitió extrapolar a energías más altas y arrojar nueva luz sobre la creación de defectos".
A pesar de su naturaleza aislante, los resultados muestran que el nitruro de boro hexagonal monocapa es sorprendentemente estable bajo irradiación de electrones cuando se puede evitar el grabado químico. En el futuro, podría ser posible utilizar la irradiación de electrones para crear a propósito vacantes específicas que emitan fotones individuales de luz irradiando selectivamente los sitios de red deseados con una sonda de electrones focalizada. También podrían descubrirse nuevas oportunidades de manipulación atómica precisa, hasta ahora demostradas para los átomos de impureza en el grafeno y en el silicio a granel.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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