Reprogramiranje materijala preraspoređivanjem atoma

Prošlo je 37 godina otkako su znanstvenici prvi put demonstrirali sposobnost pomicanja pojedinačnih atoma, što sugerira mogućnost dizajniranja materijala atom po atom kako bi se prilagodila njihova svojstva.

Tim istraživača američkog tehnološkog instituta MIT, Nacionalnog laboratorija Oak Ridge pri Ministarstvu energetike i drugih institucija, sada je stvorio način preciznog premještanja desetaka tisuća pojedinačnih atoma unutar materijala u nekoliko minuta na sobnoj temperaturi. Pristup koristi skup algoritama za pažljivo pozicioniranje elektronskog snopa na određene lokacije u materijalu, a zatim skeniranje snopa kako bi se pokrenulo kretanje atoma.

U radu objavljenom u časopisu Nature, istraživači su opisali svoj pristup i kako su ga koristili za stvaranje više od 40.000 kvantnih defekata u kristalnom poluvodičkom materijalu.

Istraživači kažu da pristup nudi novi način proučavanja kvantnog ponašanja u materijalima. Također bi jednog dana mogao dovesti do poboljšanja sustava koji koriste kvantne defekte, poput kvantnih računala, guste magnetske memorije, logičkih uređaja atomske skale i drugih.

Istraživači su za svoj rad koristili visokoučinkovite mikroskope u Nacionalnom laboratoriju Oak Ridge pri Ministarstvu energetike. Njihova nova tehnika koristi sofisticirani skup algoritama za usmjeravanje elektronskog snopa na ciljni atom s preciznošću od nekoliko pikometara. Snop se usko kreće kako bi se usredotočio na svoju metu, a zatim šalje snop elektrona kroz materijal pažljivo dizajniranom oscilirajućom putanjom, provodeći oko sekundu na svakoj lokaciji.

U svojim eksperimentima, istraživači su koristili ovaj pristup kako bi usmjerili kretanje stupaca atoma kroma u stabilnom poluvodičkom materijalu, kromovom sulfid bromidu, koristeći kristal debljine oko 13 nanometara. Snop je stvorio praznine veličine atoma u materijalu, pri čemu je svaka praznina uparena s pomaknutim atomom, za koje su izračunali da će kristalu dati egzotična kvantna svojstva.

Kako bi pokazali koliko je njihov pristup uspješan, istraživači su stvorili preko 40.000 defekata u otprilike 40 minuta, stvarajući praznine i međuprostore na različitim udaljenostima i u različitim uzorcima, izračunavši da bi različiti atomski rasporedi trebali dovesti do različitih kvantno mehaničkih svojstava.

Istraživači kažu da njihova tehnika postavlja temelje za novu klasu programabilne materije, što bi moglo pomoći u razvoju niza stabilnih kvantnih uređaja.