Springen von Einzelatomen beobachtet und kontrolliert Forscher belauschen “Hiphop- Atome“ - scinexx | Das Wissensmagazin
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Springen von Einzelatomen beobachtet und kontrolliert

Forscher belauschen “Hiphop- Atome“

Auch bei Atomen gibt es Individuen, die gerne aus der Reihe tanzen. Jetzt ist es Wissenschaftlern des amerikanischen National Institute of Standards and Technology (NIST) gelungen, solche unberechenbaren Atome bei ihren Sprüngen in Echtzeit zu „belauschen“ und an präzisen Orten auf einer Kristalloberfläche zu platzieren. Dies könnte die Entwicklung der Nanotechnologie erheblich erleichtern.

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Wie die Wissenschaftler um Joseph Stroscio in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Science berichten, kann mit dem neuen Verfahren erstmals die Bewegung eines einzelnen Atoms zwischen benachbarten Orten auf einem Kristall genau beobachtet und kontrolliert werden – eine wichtige Voraussetzung für die Konstruktion von nanometerkleinen Bauteilen nach dem „von unten nach oben“ Prinzip.

Das Team des NIST hatte festgestellt, dass Atome ein charakteristisches „Rauschen“ emittieren, wenn sie sich zwischen zwei verschiedenen Bindungsstellen auf der Kristalloberfläche bewegen. Indem sie dieses elektronische Signal in ein Audio-Signal umwandelten, konnten die Forscher das Hinundherspringen der Atome „hören“. Der Sound ähnelt dem rhythmischen „Scratchen“ von Hiphop-Musikern. Er verrät den Wissenschaftlern in Echtzeit, wie und wohin sich die Atome gerade bewegen.

Für ihre Arbeit nutzten die Forscher ein speziell angepasstes Rastertunnelmikroskop (RTM), um ein Kobaltatom auf einem Bett von locker in einem Gitter gepackten Kupferatomen zu bewegen. Die Wissenschaftler entdeckten, dass das Kobaltatom sowohl auf die Spitze des RTM als auch auf die Kupferoberfläche reagiert und deshalb zwischen zwei nahe beieinander gelegenen Bindungsstellen hin und her springt anstatt gerichtet zu gleiten. Durch leichte Erhöhung der Spannung in der Mikrokopspitze brachten die Forscher das Atom zum Vibrieren und aufheizen und lockerten die Bindungen zum Kupfer. Auf diese Weise konnten sie durch kleine Spannungsänderungen gezielt die „Sprungrate“ des Atoms beeinflussen. Mithilfe dieser Technik gelang es ihnen sogar, das Atom in Stellen des Kupfergitters zu „locken“, denen es normalerweise ausweichen würde. Die von dem „protestierenden“ Atom dabei ausgesandten Schwingungen erzeugten den „Hiphop-Sound“.

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“Die Auswirkungen dieser Arbeit sind zweifach”, erklärt Stroscio. „Wir haben etwas über die grundlegende Physik der Atommanipulation gelernt, das hilft uns bei der Konstruktion von zukünftigen Nanostrukturen in Atomgröße. Gleichzeitig haben wir auch gelernt, dass wir das Springen eine einzelnen Atoms kontrollieren können – und damit auch die elektrische Aktivität in solchen Strukturen.“

(NIST, 15.09.2004 – NPO)

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