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Lassen Sie Elektronen mit extrem hoher Präzision durch das künstliche Kristallgitter „passieren“.

Forscher der Fakultät für Physik und Astronomie haben eine Technik entwickelt, mit der sie elektronische Muster in programmierbare Quantenmaterialien „skizzieren“ können: Lanthanaluminat/Strontiumtitanat oder „LAO/STO“. Mit dieser Methode können sie Quantenbauelemente mit charakteristischen Größen herstellen, die mit dem Abstand zwischen Elektronen vergleichbar sind, und sogar Elektronen mit extrem hoher Präzision durch ein künstliches Kristallgitter „passieren“ lassen.

Lassen Sie Elektronen mit extrem hoher Präzision durch das künstliche Kristallgitter "passieren".

Um diese Fähigkeit zu entwickeln, haben die Forscher die Elektronenstrahl-Lithographieanlage neu gestaltet, die typischerweise verwendet wird, um Nanostrukturen zu erzeugen, indem eine gehärtete Resistschicht in einer Maske belichtet und dann Materialschichten hinzugefügt oder entfernt werden. Die Forscher betrieben das Instrument nicht mit der üblichen Spannung von 20,000 Volt, sondern senkten sie auf wenige hundert Volt ab. Zu diesem Zeitpunkt können Elektronen die Oberfläche des Oxidmaterials nicht durchdringen, jedoch ohne Resist. Der untere katalysiert die Reaktion, dass die Oberfläche des LAO positiv geladen wird und die LAO/STO-Grenzfläche lokal leitfähig ist. Im Vergleich zur Rasterkraftmikroskop-basierten Lithographie ist die Schreibgeschwindigkeit des Elektronenstrahls 10,000 Mal höher, ohne dass die räumliche Auflösung oder die Reprogrammierungsfunktionen verloren gehen.

Darüber hinaus wird das Team von Jeremy Levy, Distinguished Professor of Condensed Matter Physics und Direktor des Pittsburgh Institute of Quantum Research, geleitet, der die Methode in seiner Arbeit beschrieb: „Using ultra-low voltage electrobeams for nano-scale control of LaAIO3/SrTiO3-Metall-Isolator-Transformation. Das Papier wurde am 21. Dezember in „Applied Physics Letters“ veröffentlicht.

Dengyu Yang, ein Doktorand, der die Technologie erforscht, ist der Hauptautor des Papiers und verglich es mit „Skizzen mit einem Stift auf einer Leinwand“.

Sie sagte: „In diesem Fall ist die Leinwand LAO/STO und der „Stift“ ist ein Elektronenstrahl. Diese leistungsstarke Funktion ermöglicht es uns, an komplexeren Strukturen teilzunehmen und das Gerät von eindimensional auf zweidimensional zu erweitern.

Yang und Levi sagten, dass diese Entdeckung Auswirkungen auf die Bereiche Quantentransport und Quantensimulation haben könnte.

„Wir sind sehr daran interessiert, diese Technologie zu nutzen, um programmgesteuert eine neue Familie zweidimensionaler elektronischer Materialien basierend auf künstlichen Atomarrays zu erstellen, die auf dieser Technologie geschrieben wurden. Unsere Gruppe hat kürzlich einen Artikel in „Science Progress“ veröffentlicht, in dem die Idee der eindimensionalen Die Quantensimulation verwendet die Geräte der AFM-Methode. Die neue Technologie auf Basis von EBL wird es uns ermöglichen, Quantensimulation in zwei Dimensionen durchzuführen.“

Zu Pitts Mitarbeitern gehören neben Yang und Levy der Forschungsprofessor Patrick Irvin und die Doktoranden Shan Hao, Guo Guo, Muqing Yu, Yang Hu und der Assistenzprofessor der Swanson School of Engineering Jun Jun. Weitere Zweige sind das Department of Materials Science and Engineering at der University of Wisconsin-Madison und dem Pittsburgh Institute for Quantum Research.

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