Атомные манипуляции
Атомные манипуляции — это процесс перемещения отдельных атомов на подложке с использованием сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Атомная манипуляция — это метод науки о поверхности , обычно используемый для создания искусственных объектов на подложке, состоящей из атомов, и для изучения электронного поведения материи. Эти объекты не встречаются в природе и поэтому должны быть созданы искусственно. Первая демонстрация атомных манипуляций была сделана учеными IBM в 1989 году, когда они создали IBM в атомах . [1]
Вертикальная манипуляция представляет собой процесс переноса атома с подложки на наконечник СТМ, изменение положения наконечника СТМ и перенос атома обратно в желаемое положение. Перенос атома с подложки на иглу СТМ осуществляется путем размещения иглы над атомом в режиме постоянного тока, отключения петли обратной связи и подачи высокого смещения на несколько секунд. В некоторых случаях также требуется медленно приближаться к наконечнику, применяя большое смещение. Внезапные всплески или падения тока во время этого процесса соответствуют либо переносу, либо отталкиванию атома от данного места. Таким образом, в этом процессе всегда присутствует некоторый уровень случайности. Перенос атома с иглы СТМ на подложку осуществляется таким же образом, но при приложении противоположного смещения.
Боковые манипуляции означают перемещение адсорбата по поверхности путем создания временной химической или физической связи между наконечником СТМ и адсорбатом. Типичная последовательность латеральных манипуляций начинается с позиционирования наконечника близко к адсорбату, приближения наконечника к поверхности путем увеличения заданного значения туннельного тока, перемещения наконечника по желаемому маршруту и, наконец, отвода наконечника на нормальную высоту сканирования. Боковые манипуляции обычно применяются к прочно связанным адсорбатам, таким как адатомы металлов на металлических поверхностях. Вероятность того, что поверхностный адсорбат переместится на то же расстояние, что и наконечник, сильно зависит от состояния наконечника.
В зависимости от вершины наконечника и системы поверхность/адсорбат боковое движение может происходить за счет толкания, вытягивания или скольжения адсорбата. Эти моды приводят к отчетливым сигналам туннельного тока во время бокового движения. Например, периодические скачки туннельного тока указывают на то, что адсорбат «прыгает» между местами адсорбции, следуя за иглой: это означает, что игла толкает или тянет адсорбат.
Несколько групп применили методы манипулирования атомами в художественных целях, чтобы продемонстрировать контроль над положением адатомов. К ним относятся различные логотипы учреждений и фильм под названием « Мальчик и его атом », состоящий из отдельных сканов STM, сделанных исследователями IBM.
Несколько известных экспериментов по физике конденсированных сред были реализованы с использованием методов атомных манипуляций. К ним относятся демонстрация удержания электронов в так называемых квантовых загонах Майклом Ф. Кромми и др. [2] и последующий эксперимент « Квантовый мираж », в котором сигнатура Кондо адатома отражалась от одного фокуса к другому в эллиптическом квантовом загон. [3]
