Немецкие ученые двигают отдельные атомы в кристаллах
Нанотехнологии процветают. Компьютерные компоненты день ото дня становятся всё меньше и точнее. Одна из наиболее перспективных разработок - это так называемый квантовый компьютер. Долгое время это была всего лишь теоретическая модель, рассчитанная по законам квантовой механики. Решающее значение здесь имеет контроль над единичными атомами. И ученые из Кильского университета (Германия) впервые смогли перемещать отдельные атомы по вертикали внутри кристалла. Попутно физики обнаружили метод измерения "транзисторного" поведения индивидуальных атомов.
Одним из наиболее популярных и хорошо изученных материалов для пьезо-, микро- и оптоэлектронных устройств является оксид цинка (ZnO). В качестве полупроводника его используют в светодиодах и жидкокристаллических экранах, в виде нанопроволоки - в электроизмерительных приборах. Некоторые свойства ZnO до сих пор непонятны - например, почему он проводит электричество.
Работая над этой загадкой, доктор Хао Чжэн (Hao Zheng) из Института экспериментальной и прикладной физики при университете анализировал оксид цинка с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Этот прибор показывает атомарную структуру кристаллов.
И там, на неровной поверхности ZnO, обнаружились структуры правильной круглой формы. "Мы выяснили, что это - результат неправильного расположения атомов цинка в кристаллической решетке", - рассказывает Чжэн.
На каждом из обнаруженных атомов имелось два кольца - явный признак того, что они способны отдавать по два электрона. "Мы изучили всю научную литературу - до сих пор никому не удавалось объяснить, почему оксид цинка проводит электричество. Рассуждая логически, мы решили, что причина этого явления - в отдельных атомах цинка, рассеянных по материалу", - говорит ученый.
В ходе дальнейших исследований доктор Чжэн узнал, что размер колец можно менять экспериментальным образом. Он обратился за помощью к своему коллеге Вайсманну, специалисту по математическому моделированию. Построенная им модель указала на то, что диаметр колец сообщает нечто о глубине слоя атомов под поверхностью. Более того, Чжэн открыл способ сдвигать отдельные атомы в кристалле с максимальной точностью (в атомарном масштабе); этот метод пригодится для конструирования новых наноструктур в лабораторных условиях.
Исследование представлено в журнале Nature Communications.
По материалам пресс-релиза университета.
Артём Космарский nauka21vek.ru