Manipulering af enkelte atomer med en elektronstråle

Alt stof er sammensat af atomer, som er for små til at se uden kraftige moderne instrumenter inklusive elektronmikroskoper. De samme elektroner, der danner billeder af atomare strukturer, kan også bruges til at flytte atomer i materialer. Denne teknik til enkelt-atom manipulation, banebrydende af forskere fra Wien Universitet, er nu i stand til at opnå næsten perfekt kontrol over bevægelsen af ​​individuelle siliciumurenhedsatomer inden for gitteret af grafen, den todimensionelle plade af kulstof. De seneste resultater er rapporteret i det videnskabelige tidsskrift Nano bogstaver .

Som en epokegørende bedrift inden for nanoteknologi, scanningstunnelmikroskopet har siden slutningen af ​​1980'erne været i stand til at flytte atomer over overflader, og har indtil for ganske nylig været den eneste teknologi, der er i stand til at flytte individuelle atomer på en sådan kontrolleret måde. Nu, scanningstransmissionselektronmikroskopet (STEM) er i stand til pålideligt at fokusere en elektronstråle med subatomær præcision, giver videnskabsmænd mulighed for direkte at se hvert atom i todimensionelle materialer som grafen, og også at målrette enkelte atomer med strålen. Hver elektron har en lille chance for at spredes tilbage fra en kerne, giver det et spark i den modsatte retning.

Bygger på arbejde udgivet i løbet af de sidste par år, et forskerhold ved universitetet i Wien ledet af Toma Susi har nu brugt det avancerede elektronmikroskop Nion UltraSTEM100 til at flytte enkelte siliciumatomer i grafen med virkelig atomær præcision. Selv med manuel betjening, den opnåede bevægelseshastighed er allerede sammenlignelig med den nyeste inden for enhver atomisk præcis teknik. "Den kontrol, vi er i stand til at opnå ved i det væsentlige at rette elektronstrålen med hånden, er allerede bemærkelsesværdig, men vi har yderligere taget de første skridt mod automatisering ved at detektere springene i realtid, " siger Susi. De nye resultater forbedrer også teoretiske modeller af processen ved at inkludere simuleringer fra samarbejdspartnere i Belgien og Norge.

I alt, forskerne registrerede næsten 300 kontrollerede hop. Yderligere til udvidede stier eller bevæger sig rundt i en enkelt sekskant lavet af carbonatomer i grafen, en siliciumurenhed kunne flyttes frem og tilbage mellem to tilstødende gittersteder adskilt af en tiendedel milliard af en meter, som at dreje på en kontakt i atomstørrelse. I princippet, dette kunne bruges til at gemme en bit information med rekordhøj tæthed. Dr. Susi konkluderer, "Din computer eller mobiltelefon vil ikke snart have atomare hukommelser, men grafen-urenhedsatomer ser ud til at have potentiale som bits tæt på grænserne for, hvad der er fysisk muligt."