透過 CrSBr Crystals 中精準 Electron Beam 操作實現確定性中尺度原子工程

2026年5月13日 00:00

導言

研究人員開發出一種方法，利用高精度 Electron Beam 在三維晶體內創建大規模且有序的原子缺陷陣列。

正文

從歷史上看，單個原子的操作一直受限於低維系統，或透過 Ion Traps 及 Scanning Probe Tips 處理有限數量的原子。雖然已知顯微鏡中的 Electron Irradiation 會引起原子位移，但在中尺度體積內實現確定性且可重複的控制，始終是一個重大的技術障礙。目前的方案採用磁性半導體 CrSBr 作為宿主晶格。研究人員利用定位精度低於 20 picometre 的 Electron Beam，將單個 Chromium 原子導向特定的間隙位點。此過程有助於創建空位—間隙複合物，從而形成中尺度的人造晶體。具體而言，該團隊在短短數分鐘內，於 150 nm × 100 nm × 13 nm 的體積內設計了超過 40,000 個用戶定義的缺陷。分析計算表明，這些工程缺陷建立了相關的雜質狀態，其特徵為缺陷內光學躍遷以及缺陷間的 Coulomb 和動力學交互作用。所得結構在室溫下表現出穩定性，並在顯微鏡環境之外仍能保持完整。因此，此平台為 Colour Centres 的放置及 Many-body Lattice Models 的模擬提供了一個可擴展的框架，有望推動原子級製造與 Quantum Technology 的發展。

結論

該研究證明了在 3D 晶體中成功確定性地創建數千個原子缺陷，為可擴展的 Quantum Device 製造奠定了基礎。