Atomová manipulace - Atomic manipulation - Wikipedia

Atomová manipulace je proces pohybu jednotlivých atomů na substrátu pomocí Skenovací tunelový mikroskop (STM). Atomová manipulace je a věda o povrchu technika obvykle používaná k vytváření umělých předmětů na substrátu z atomů a ke studiu elektronického chování hmoty. Tyto objekty se v přírodě nevyskytují, a proto je třeba je vytvářet uměle. První demonstraci atomové manipulace provedli vědci IBM v roce 1989, kdy vytvořili IBM v atomech.[1]

Vertikální manipulace

Schémata vertikální manipulace.

Vertikální manipulace je proces přenosu atomu ze substrátu na hrot STM, přemístění hrotu STM a přenos atomu zpět na požadovanou pozici. Přenos atomu ze substrátu na hrot STM se provádí umístěním hrotu nad atom v režimu konstantního proudu, vypnutím zpětnovazební smyčky a po několik sekund aplikováním vysokého zkreslení. V některých případech je také nutné se pomalu přibližovat ke špičce při použití vysokého předpětí. Náhlé skoky nebo poklesy proudu během tohoto procesu odpovídají buď přenosu, nebo atomu odstrčenému z daného místa. V tomto procesu tedy vždy existuje určitá míra náhodnosti. Přenos atomu z hrotu STM na substrát se provádí stejným způsobem, ale s použitím opačného předpětí.

Boční manipulace

Kroky boční manipulace s atomy a schematické tunelování proudových signálů pro různé typy bočního pohybu. Aktuální schémata signálu jsou kvůli jasnosti posunuta.

Boční manipulace znamená pohyb adsorbátu na povrchu dočasnou chemickou nebo fyzickou vazbou mezi špičkou STM a adsorbátem. Typická boční manipulační sekvence začíná umístěním špičky blízko k adsorbátu, přiblížením špičky k povrchu zvýšením žádané hodnoty tunelového proudu, posunutím špičky po požadované trase a nakonec zatažením špičky do normální výšky skenování. Laterální manipulace se obvykle aplikuje na silně vázané adsorbáty, jako jsou kovové adatomy na kovových površích.

V závislosti na vrcholu špičky a systému povrch / adsorbát může dojít k bočnímu pohybu tlačením, taháním nebo klouzáním adsorbátu. Výsledkem těchto režimů je zřetelné tunelování proudových signálů během bočního pohybu. Například periodické kroky v tunelovacím proudu naznačují, že adsorbát „skáče“ mezi adsorpčními místy při sledování špičky: to znamená, že špička tlačí nebo táhne adsorbát.

Pozoruhodné experimenty

Eliptická kvantová ohrada atomů Co na povrchu Cu (111)

Několik skupin použilo techniky atomové manipulace pro umělecké účely k prokázání kontroly nad polohami adatomů. Patří mezi ně různá institucionální loga a film s názvem „Chlapec a jeho atom ”Složený z jednotlivých skenů STM výzkumníky IBM.

Bylo provedeno několik pozoruhodných experimentů fyziky kondenzovaných látek s technikami atomové manipulace. Patří mezi ně demonstrace elektronového zadržování v tzv. Kvantových ohradách pomocí Michael F. Crommie a kol.,[2] a následující Kvantová fatamorgána experiment, kde se Kondo podpis adatomu odráží od jednoho ohniska k druhému v eliptické kvantové ohradě.[3]

Atomová manipulace také vyvolala zájem jako výpočetní platforma. Andreas J. Heinrich et al. postavil logické brány z molekulárních kaskád adsorbátů CO a Kalff et al. demonstroval přepisovatelnou kilobajtovou paměť vytvořenou z jednotlivých atomů.[4]

Nedávné experimenty na umělých mřížkových strukturách využívaly ke studiu elektronických vlastností Liebových mřížek techniky atomové manipulace,[5] umělý grafen[6] a Sierpiński trojúhelníky.[7]

Reference

  1. ^ Eigler, D .; Schweizer, E. (5. dubna 1990). "Umístění jednotlivých atomů pomocí rastrovacího tunelového mikroskopu". Příroda. 344 (6266): 524–526. Bibcode:1990 Natur.344..524E. doi:10.1038 / 344524a0. S2CID  4323687.
  2. ^ Crommie, M .; Lutz, C .; Eigler, D. (8. října 1993). "Uzavření elektronů na kvantové ohrady na kovovém povrchu". Věda. 262 (5131): 218–220. Bibcode:1993Sci ... 262..218C. doi:10.1126 / science.262.5131.218. PMID  17841867. S2CID  8160358.
  3. ^ Manoharan, H .; Lutz, C .; Eigler, D (3. února 2000). "Kvantové přeludy vytvořené koherentní projekcí elektronické struktury". Příroda. 403 (6769): 512–515. Bibcode:2000Natur.403..512M. doi:10.1038/35000508. PMID  10676952. S2CID  4387604.
  4. ^ Kalff, F .; Rebergen, M .; Fahrenfort, E .; Girovsky, J .; Toskovic, R .; Lado, J .; Fernández-Rossier, J .; Otte, A. (18. července 2016). Msgstr "Přepisovatelná atomová paměť na kilobajt". Přírodní nanotechnologie. 11 (11): 926–929. arXiv:1604.02265. Bibcode:2016NatNa..11..926K. doi:10.1038 / nnano.2016.131. PMID  27428273. S2CID  37998209.
  5. ^ Slot, M .; Gardenier, T .; Jacobse, P .; van Miert, G .; Kempkes, S .; Zevenhuizen, S .; Morais Smith, Cristiane; Vanmaekelbergh, D .; Swart, I. (24. dubna 2017). „Experimentální realizace a charakterizace elektronické Liebovy mřížky“. Fyzika přírody. 13 (7): 672–676. arXiv:1611.04641. Bibcode:2017NatPh..13..672S. doi:10.1038 / nphys4105. PMC  5503127. PMID  28706560.
  6. ^ Gomes, K .; Mar, W .; Ko, W .; Guinea, F .; Manoharan, H. (14. března 2012). "Designer Dirac fermions a topologické fáze v molekulárním grafenu". Příroda. 483 (7389): 306–310. Bibcode:2012Natur.483..306G. doi:10.1038 / příroda10941. PMID  22422264. S2CID  4431402.
  7. ^ Kempkes, S .; Slot, M .; Freeney, S .; Zevenhuizen, S .; Vanmaekelbergh, D .; Swart, I .; Morais Smith, C. (2019). "Návrh a charakterizace elektronů ve fraktální geometrii". Fyzika přírody. 15 (2): 127–131. arXiv:1803.04698. Bibcode:2018NatPh..15..127K. doi:10.1038 / s41567-018-0328-0. PMC  6420065. PMID  30886641.