Le potentiel brillant des atomes manquants
Vacances d'un seul atome dans des isolants atomiquement minces créés dans l'ultravide
Les photons uniques ont des applications dans l'informatique quantique, les réseaux d'information et les capteurs, et ils peuvent être émis par des défauts dans l'isolant atomiquement mince qu'est le nitrure de bore hexagonal (hBN). Des atomes d'azote manquants ont été suggérés comme étant la structure atomique responsable de cette activité, mais il est difficile de les supprimer de manière contrôlable. Une équipe de la faculté de physique de l'université de Vienne vient de montrer qu'il est possible d'expulser des atomes uniques à l'aide d'un microscope électronique à transmission à balayage sous ultravide. Les résultats sont publiés dans la revue Small.
Sur cette image filtrée et colorée de microscopie électronique à transmission à balayage, les atomes d'azote présentent un contraste plus clair, et l'espace vacant est visible sous la forme d'un contraste sombre triangulaire en haut à gauche.
Toma Susi, Universität Wien (CC-BY)
La microscopie électronique à transmission nous permet de voir la structure atomique des matériaux, et elle est particulièrement bien adaptée pour révéler directement tout défaut dans le réseau de l'échantillon, ce qui peut être préjudiciable ou utile selon l'application. Cependant, le faisceau d'électrons énergétiques peut également endommager la structure, soit par des collisions élastiques, soit par des excitations électroniques, soit par une combinaison des deux. En outre, les gaz laissés dans le vide de l'instrument peuvent contribuer aux dommages, les molécules de gaz dissociées pouvant attaquer les atomes du réseau. Jusqu'à présent, les mesures de microscopie électronique à transmission du hBN ont été effectuées dans des conditions de vide relativement faibles, ce qui entraîne des dommages rapides. En raison de cette limitation, il n'a pas été clairement établi qu'il était possible de créer des vides - des atomes uniques manquants - de manière contrôlable.
À l'université de Vienne, la création de lacunes atomiques uniques a été réalisée en utilisant la microscopie électronique à transmission à balayage avec correction d'aberration dans un vide presque ultra poussé. Le matériau a été irradié à différentes énergies de faisceau d'électrons, ce qui influe sur le taux de dommage mesuré. À faible énergie, les dommages sont nettement plus lents que ceux mesurés précédemment dans des conditions de vide résiduel moins bonnes. Des vides simples de bore et d'azote peuvent être créés à des énergies électroniques intermédiaires, et le bore a deux fois plus de chances d'être éjecté en raison de sa masse plus faible. Bien qu'il ne soit pas possible d'effectuer des mesures atomiquement précises aux énergies plus élevées précédemment utilisées pour que le hBN émette des photons uniques, les résultats prédisent que l'azote devient à son tour plus facile à éjecter, ce qui permet la création préférentielle de ces vides brillants.
Des statistiques solides recueillies grâce à un travail expérimental minutieux, combinées à de nouveaux modèles théoriques, ont été essentielles pour parvenir à ces conclusions. L'auteur principal, Thuy An Bui, travaille sur ce projet depuis son mémoire de maîtrise : "À chaque énergie électronique, j'ai dû passer de nombreux jours au microscope pour recueillir soigneusement une série de données après l'autre", explique-t-elle. "Une fois les données collectées, nous avons utilisé l'apprentissage automatique pour les analyser avec précision, ce qui a nécessité beaucoup de travail. L'auteur principal, Toma Susi, ajoute : "Pour comprendre le mécanisme des dommages, nous avons créé un modèle approximatif qui combine l'ionisation et les dommages par effet de contagion. Cela nous a permis d'extrapoler à des énergies plus élevées et de jeter un nouvel éclairage sur la création de défauts."
Malgré sa nature isolante, les résultats montrent que le nitrure de bore hexagonal monocouche est étonnamment stable sous irradiation électronique lorsque la gravure chimique peut être évitée. À l'avenir, il pourrait être possible d'utiliser l'irradiation électronique pour créer délibérément des lacunes spécifiques qui émettent des photons uniques de lumière en irradiant sélectivement les sites de réseau souhaités avec une sonde électronique focalisée. De nouvelles possibilités de manipulation atomiquement précise, jusqu'à présent démontrées pour les atomes d'impureté dans le graphène et le silicium en vrac, pourraient également être découvertes.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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