2021年6月2
单原子缺陷是固体材料最小的结构单元。基于单一缺陷的器件结构可以达到半导体器件小型化的极限。
在过去的几十年里，半导体中单个缺陷的产生和处理开辟了一个新的研究领域，可以通过自旋或电子电荷来物理实现固态量子计算的“量子位”。大多数的兴趣集中在自旋量子计算的研究上。然而，自旋操纵需要一个光学和磁场。相反，只使用一个电场就可以书写和读取多个电荷态，这将导致更紧凑的设备尺寸和与现代电子技术的兼容性。单原子缺陷成功充电需要克服库仑排斥能。连续多次充电会使充电能量二次增加，容易超过带隙，导致充电失败。之前的工作只观察到一两个充电过程。
为了操纵孤立缺陷中的多个(尤其是两个以上)电荷态，需要一个具有离域缺陷态的宽带隙，该带隙对应较小的库仑排斥能。近日，中国科学院物理研究所的Gou Jian, Wang Xuguang, Cheng Peng, Wu Kehui, Xia Bingyu, Duan Wenhui, Xu Yong，欧洲杯线上买球安德鲁凌晨从新加坡国立大学提出了使用二维金属间化合物半导体与非定域化的空隙的缺陷状态是一种很有前途的解决方案之间的权衡问题的带隙和电子离域,并取得了令人兴奋的进步意识到第五位的电荷状态在一个单一的原子缺陷。
从材料设计的角度来看，在二维(2D)极限下的材料欧洲杯足球竞彩可以有不同的化学化学计量和原子排列，从而为构建含有两种电负性非常接近的元素的金属间化合物提供了许多机会。一个例子是二维Sn2Bi层，成功地生长在Si(111)表面，由同一组[PRL 121, 126801(2018)]。在这种二维材料中，Sn和Bi原子形成一个交替的蜂窝状结构，这两种元素的价电子都是饱和的。因此，二维Sn2Bi具有~0.8 eV的带隙。同时，由于Sn和Bi之间非常接近的电负性，本征的Bi空位可以具有强离域的隙内缺陷态。当多个电子同时向单个铋空位充电时，这种离域能显著降低库仑能。
实验地，用于扫描隧穿显微镜（STM）的金属尖端用于检测间隙内缺陷状态并将电子注入缺陷状态。由STM尖端施加的电场可以充当顶部栅极以诱导表面带弯曲，导致内隙缺陷状态相对于费米水平的偏移。一旦与费米水平对齐，缺陷状态将被收取。尖端和缺陷之间的相对距离变化可以调节在缺陷位置处的SN2BI的费米水平。因此，如图所示，当尖端移动横跨BI空位时，可以观察到四个充电峰值并随着尖端移动到较高的能量，始终从缺陷中移动，表示五个电荷状态从零到四个转变。通过装配轮廓，获得四个充电能量为约100 meV，远小于带隙。充电能量的增长随着增量数量的增加而不是二次但是载入的。UltraLow缺陷充电能量和载体依赖性行为与缺陷的典型二次充电行为不同。
在理论计算中，BI空位有四个具有截匙分布的间隙内缺陷状态，这可能导致缺陷电荷浓度和弱库仑排斥。在BI空位的四个缺陷状态下对电荷能量的模拟具有类似的低值和逐渐增加的生长行为，支持在单个原子缺陷中发现和操纵乳管状态。
STM TIP在单个原子缺陷中的成功Quary充电演示了实现多重充电状态的最小演示。单电子可以一次性和连续地向BI空位充电，这呈现出更紧凑的单元，用于应用溶液。同时，关于SN2BI上单个缺陷的研究显示了用于找到其他金属间半导体的范例，用于更加出色的多电荷状态，在单个原子缺陷中具有低能量。
看到这篇文章:剑府，冰峪霞，徐光王，彭成，安德鲁·谢毅，文汇段，永旭，牛辉，兰辰国家科学评论欧洲杯线上买球，NWAB070https://doi.org/10.1093/nsr/nwab070
来源:https://www.scichina.com/