Настоящее исследование было сосредоточено на однослойном графене с атомами кремния, встроенными в решетку, ранее созданном и изученном сотрудниками из Манчестера и Дарсбери в Великобритании. Из-за большего размера кремния по сравнению с углеродом эти легирующие атомы выступают из плоскости, что обеспечивает интересную динамику под электронным пучком.
Детальное моделирование, проведенное в Венском университете, показало, что электроны в 60 килоэлектронвольт, которые используют передовые микроскопы Nion обеих команд для визуализации структуры, недостаточно энергичны, чтобы вызвать прямой выброс атомов, в соответствии с тем, что наблюдалось ранее. .Важно, однако, что атомы углерода рядом с кремниевой примесью связаны немного менее прочно и могут получить достаточно сильного удара, так что они почти ускользают из решетки, но снова захватываются из-за притягивающего взаимодействия с атомом кремния. Тем временем кремний релаксирует в позицию решетки, оставшуюся пустой из-за столкнувшегося атома углерода, который, таким образом, возвращается обратно в решетку на противоположной стороне от того места, где он был начат. По сути, связь кремний-углерод инвертирована, что было непосредственно замечено командами микроскопов. Анализ экспериментальных данных почти 40 таких скачков дал вероятность, которую можно было напрямую сравнить с результатами моделирования с замечательным согласием.
Помимо того, что это прекрасная физика, результаты открывают многообещающие возможности для инженерии атомного масштаба: «Что делает наши результаты поистине интригующими, так это то, что разрыв связи является направленным — кремний перемещается, чтобы занять место атома углерода, на который попал пробный электрон. », — объясняет ведущий автор Тома Суси, физик и научный сотрудник FWF Лизе Мейтнер из Венского университета. «Это означает, что должна быть возможность контролировать движение одного или нескольких атомов кремния в решетке с атомной точностью. Так что, возможно, мы увидим новый вид квантового загона или университетский логотип, сделанный из атомов кремния в графене в ближайшем будущем. будущее », — заключает он.