Mélanie Thomas
Les photons uniques ont des purposes dans le calcul quantique, les réseaux d’information et les capteurs, et ceux-ci peuvent être émis par des défauts dans le nitrure de bore hexagonal isolant atomiquement mince (hBN). Il a été suggéré que les atomes d’azote manquants sont la structure atomique responsable de cette activité, mais il est difficile de les éliminer de manière contrôlée. Une équipe de la Faculté de physique de l’Université de Vienne vient de montrer que des atomes isolés peuvent être expulsés à l’aide d’un microscope électronique à transmission à balayage sous extremely-vide. Les résultats sont publiés dans la revue Compact.
La microscopie électronique à transmission permet de voir la construction atomique des matériaux, et elle est particulièrement bien adaptée pour révéler directement les défauts du réseau de l’échantillon, qui peuvent être préjudiciables ou utiles selon les purposes. Cependant, le faisceau d’électrons énergétiques peut également endommager la composition, soit en raison de collisions élastiques, soit d’excitations électroniques, soit d’une combinaison des deux. De moreover, tous 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 médiocres, entraînant des dommages rapides. En raison de cette limitation, il n’a pas été clair si des lacunes – des atomes manquants uniques – peuvent être créées de manière contrôlée.
À l’Université de Vienne, la création de lacunes atomiques uniques a maintenant été réalisée à l’aide de la microscopie électronique à transmission à balayage corrigée des aberrations dans un vide proche de l’ultra-poussée. Le matériau a été irradié à une gamme d’énergies de faisceaux d’électrons, ce qui affect le taux de dommages mesuré. Aux basses énergies, les dommages sont considérablement furthermore lents que précédemment mesurés dans des situations de vide résiduel furthermore faibles. Des lacunes uniques de bore et d’azote peuvent être créées à des énergies électroniques intermédiaires, et le bore est deux fois as well as vulnerable d’être éjecté en raison de sa masse as well as faible. Bien que des mesures atomiquement précises ne soient pas réalisables aux énergies furthermore élevées utilisées auparavant pour faire émettre des photons uniques au hBN, les résultats prédisent que l’azote devient à son tour as well as facile à éjecter, ce qui permet de créer préférentiellement ces lacunes brillantes.
Des statistiques solides recueillies par un travail expérimental minutieux combiné à de nouveaux modèles théoriques étaient essentielles pour parvenir à ces conclusions. L’auteure principale Thuy An Bui travaille sur le projet depuis sa thèse de maîtrise : « À chaque énergie d’électron, j’avais besoin de passer plusieurs jours au microscope à collecter soigneusement une série de données après l’autre », dit-elle. “Une fois les données collectées, nous avons utilisé l’apprentissage automatique pour nous aider à les analyser avec précision, même si cela a demandé beaucoup de travail.” L’auteur principal Toma Susi ajoute : “Pour comprendre le mécanisme des dommages, nous avons créé un modèle approximatif qui mix l’ionisation avec les dommages par ricochet. Cela nous a permis d’extrapoler à des énergies in addition élevées et de jeter un nouvel éclairage sur la création de défauts.”
Malgré sa mother nature isolante, les résultats montrent que le nitrure de bore hexagonal monocouche est étonnamment secure sous irradiation électronique lorsque la gravure chimique peut être évitée. À l’avenir, il pourrait être attainable d’utiliser l’irradiation électronique pour créer à dessein des lacunes spécifiques qui émettent des photons uniques de lumière en irradiant sélectivement les websites de réseau souhaités avec une sonde électronique focalisée. De nouvelles possibilités de manipulation atomiquement précise, jusqu’à présent démontrées pour les atomes d’impuretés dans le graphène et le silicium en vrac, pourraient également être découvertes.
Les travaux ont été soutenus par le Conseil européen de la recherche (ERC) dans le cadre du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne (Accord de subvention n° 756277-ATMEN) et par l’École doctorale de Vienne en physique (VDS-P). Les données ouvertes et le code sont fournis avec la publication.
