由纽约大学坦顿工程学院和韩国科学技术院（KAIST）领导的一个国际研究小组开创了一种新技术，用于识别和表征六方氮化硼（hBN）的原子尺度缺陷。六方氮化硼是一种二维（2D）材料，通常因其卓越的性能而被称为“白色石墨烯”。
这一进展可能会加速下一代电子和量子技术的发展。
该团队报告说，它能够检测到hBN晶体中单个碳原子取代硼原子的存在。这一发现是通过聆听特别设计的晶体管中的电子“噪音”而实现的，类似于在安静的房间里听到耳语。
ACS Nano选择了这篇研究论文作为2024年10月22日版的封面故事。
“在这个项目中，我们基本上创造了一个2D材料的听诊器，”Davood Shahrjerdi说，他是该论文的通讯作者之一，与Yong-Hoon Kim一起。“通过分析电流中微小而有节奏的波动，我们可以‘感知’单个原子缺陷的行为。”
Shahrjerdi是纽约大学坦顿分校电子与计算机工程系的副教授，纽约大学无线学院的教员，也是纽约大学纳米制造洁净室（NanoFab）的主任，该实验室于2023年开放。金教授是韩国科学技术院电子工程系教授。Shahrjerdi和Kim也是纽约大学- kaist全球创新与研究所的附属教员，他们在纽约大学- kaist下一代半导体器件和芯片研究小组中领导合作。
2022年9月，韩国总统在纽约大学正式启动了纽约大学与韩国科学技术院的合作关系。这种历史性的合作关系结合了两所大学的独特优势，推动了研究和教育的进步，目前两所大学的200多名教师参与其中。
单晶hBN已经成为科学界的一种神奇材料，有望将非传统电子领域转变为量子技术。
hBN的原子薄结构和优异的绝缘性能使其成为承载传统材料无法实现的奇异物理现象的理想介质。hBN中的原子缺陷会降低其电子性能，有时可以用于量子技术。
纽约大学的研究小组用几层薄薄的二硫化钼（另一种二维半导体材料）夹在hBN层之间制造了一个晶体管。通过将这个装置冷却到低温并施加精确的电压，他们能够观察到流过晶体管的电流的离散跳变。
这些跳跃被称为随机电报信号（RTS），当电子被hBN中的缺陷捕获并释放时就会发生。通过在不同温度和电压下仔细分析这些信号，研究小组能够确定缺陷的能级和空间位置。
“这就像我们开发了一种可以‘看到’单个原子的显微镜，但我们使用的不是光，而是电，”该论文的第一作者、当时在纽约大学坦顿分校攻读ECE博士学位的黄竹军说。
KAIST团队随后使用先进的计算机模拟来澄清实验观察的原子起源。具体来说，这种实验和理论的结合揭示了缺陷是碳原子位于hBN晶体结构中硼原子应该在的地方。
“理解和控制二维材料中的缺陷可能对电子和量子技术的未来产生重大影响，”Sharhrjerdi和Kim解释说。“例如，我们可能能够创造更完美的量子材料平台，用于发现新的物理学或用于安全通信的单光子发射器。”
