原子硅线的结构调控

裸露 Si(100)-2$\times$表面原子呈现 Buckled 结构，其中 Si 原子二聚体中一个原子被降低而另一个被升起，导致两种可能的 Buckling 配置在能量上等价。由于这些配置之间的能垒相对较低，除非通过表面缺陷稳定或在低温下使用扫描隧道显微镜 (STM) 由于热能减少，否则二聚体会快速且不可控地翻转。这种快速翻转导致在 STM 下呈现出时间平均的对称外观。在本研究中，我们首次研究了由硅空穴键组成的变长度 Buckled 二聚体线，这些线在氢化 Si(100) 表面上。我们证明，在 4.5 K 的退象性硅上，这些二聚体的快速切换可以在较低扫描偏置下被冻结。然而，这些 Buckled 线可以使用偏置脉冲可控地翻转。通过一次近似线端部的脉冲，可以反复均匀翻转长度可达 37 个二聚体的线。针对特定线的 tip 导向翻转并不会切换相邻的线，这表明二元线可以制造出良好隔离的可重写二进制存储元件。此外，在足够高的偏置下翻转会产生 telegraph 噪声，这可能用于随机数生成。与前述由硅空穴键制造的逻辑门和二进制线集成和封装可能允许在无需 STM tip 的情况下实现自包含的驱动和读出。