围栏|囚禁于纳米围栏中的量子(11) 纳米|囚禁|量子|cu|fe

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图9.“扇出门”器件的构造与工作。器件由两个椭圆形量子围栏叠加而成，它们具有一个共焦点，形成一个特定的哑铃型围栏或称共焦椭圆围栏。(a)空的共焦椭圆围栏STM形貌图；(b)相应的dI/ dV 谱图；(c)共同焦点A处有一个Fe吸附原子时，对应的STM 形貌图；(d)相应的dI / dV 谱图。椭圆尺寸为a= 6.6 nm,e= 0.7。椭圆围栏焦点由虚线圆圈标出，其中黑色表示1、白色表示。来自文献[Nature Commun. 11, 1400 (2020)]。
7.展望
行文至此，笔者对看君表示谢意，辛苦您坚持阅读到这里。
本文对近十年来纳米围栏中的量子尺寸效应作了简单而不是很严谨的回顾。纳米围栏中量子尺寸效应的本质是吸附在基底表面的原子能够对表面电子态进行散射。由吸附原子构成的围栏能够将电子态束缚在围栏内，使得围栏内态密度出现振荡。众所周知，电子体系的绝大部分性质由其电子态密度决定，尤其是费米能附近的态密度。因此，除了原子扩散与自组织、原子捕获和近藤效应，可以期待更多与态密度有关的量子现象在纳米围栏中呈现。
利用Fe原子在Ag (111)表面搭建的椭圆量子围栏，可以展现吸附原子与近藤无关的量子蜃楼，并可进行一些基本逻辑操作。那么，不禁要问，还有没有其它体系能够展现出量子蜃楼现象并进而实现基本逻辑操作呢？有的！应用的问题是大事，值得再啰嗦几句，以作为本文的结语：
(1)第一类，利用磁性原子在超导基底表面搭建椭圆量子围栏。
如前所述，实验已观察到了与近藤效应无关的量子蜃景，并揭示了其物理机制。这意味着，只要具有特征谱的原子，能被衬底表面电子散射，都应该具有量子蜃景现象。例如，磁性原子在超导衬底表面会有一个特征谱 (超导能隙内)，即 Yu – Shiba – Rusinov (YSR) 态 [2 - 4]。早在2004 年，Morr等人从理论上给出了磁性杂质在超导衬底表面的量子蜃楼预言[5]。然而，目前尚无实验来证实该理论预言。从实验角度来说，超导能隙一般只有几个毫电子伏。要想在这么小的能量范围内探测YSR 态，需要有足够低的温度。事实上，目前的实验技术已经成功探测到了YSR 态[6]，甚至自旋分辨的YSR态也已经被观察到[7]。所以，对于磁性杂质在超导体表面的量子蜃楼的观测也指日可待了。
(2)第二类，利用磁性原子在拓扑绝缘体表面搭建椭圆量子围栏。
实验上制备拓扑绝缘体实际上是最近十多年的事[8, 9]。2014年，Loptien等人首次在拓扑绝缘体Bi2Se3(111) 表面上用Rb原子搭建了一个量子围栏[10]。Loptien等人的工作表明，在拓扑绝缘体上构造量子围栏是完全可行的。但由于Rb 原子是非磁原子，对表面态电子散射作用非常弱。如果改用磁性原子来构造量子围栏，其散射作用会比较强，并且对表面态电子的自旋向上和自旋向下的散射作用不一样。因此，还可以得到自旋分辨的相关信息。此外，Fe原子在Bi2Se3(111)表面还具有特征谱[11]。这些都为观察量子蜃楼创造了条件。