新加坡国立大学(NUS)的科学家们通过在二维(2D)过渡金属二硫化物(TMD)中使用自组装的单空位(SVs)制造原子精确的量子反点(QAD)，展示了概念上的突破。
量子点将电子限制在纳米级。相反，反点指的是一个以排斥电子的势丘为特征的区域。通过巧妙地将反点图案(“空洞”)引入精心设计的反点晶格中，有趣的人工结构就出现了。
这些结构表现出周期性的电位调制来改变二维电子行为，导致新的输运性质和独特的量子现象。随着器件小型化趋势的继续，在原子水平上精确控制每个反点的大小和间距是很重要的。这种控制以及对环境扰动的恢复能力对于解决纳米电子学中的技术挑战至关重要。
由新加坡国立大学化学系和新加坡国立大学功能智能材料研究所的副教授Jiong Lu领导的研究小组介绍了一种在二维三原子层TMD中制造一系列具有优雅设计的量子空穴态的原子尺度qad的方法。
qad可以作为一个有前途的新一代候选者，可用于量子信息技术等应用。这是通过将sv自组装成规则模式来实现的。利用扫描隧道显微镜和非接触式原子力显微镜分析了qad的原子和电子结构。
这项研究发表在《自然纳米技术》杂志上。
本研究特意培养了含有大量碲(Te) sv的缺陷铂二碲化(PtTe2)样品。热退火后，Te sv表现得像一个“原子乐高”，自组装成高度有序的基于空位的qad。这些qad内的奇异点由一个Te原子隔开，代表了传统反点阵中可能的最小距离。
当qad中的SVs数量增加时，它会增强累积排斥电位。这导致准粒子在qad内的干涉增强。这反过来又导致了多层次量子空穴状态的产生，其特点是从电信到远红外范围内可调节的能量间隙。
由于其几何保护特性，这些精确设计的量子空穴态在暴露于空气后，即使qad中的空位被氧气占据，也能在结构中存活下来。这种对环境影响的特殊稳健性是这种方法的另一个优点。
Lu副教授说:“这些qad制造的概念演示为在具有离散量子空穴态的二维材料中创建一类新的人工纳米结构打开了大门。这些结构为探索新的量子现象和以前无法进入的热电子动力学提供了一个很好的平台。”
“通过引入自旋极化原子在三角形晶格上制造磁性qad和反铁磁性Ising系统，进一步改进这些qad，可以为奇异量子相提供有价值的原子见解。这些见解具有推进各种材料技术的潜力，”卢副教授补充说。
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