Maßgeschneiderte Nanoketten ermöglichen Beeinflussung von Quantenzuständen Nanostrukturen Atom für Atom - scinexx | Das Wissensmagazin
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Maßgeschneiderte Nanoketten ermöglichen Beeinflussung von Quantenzuständen

Nanostrukturen Atom für Atom

Räumliche Darstellung einer neunatomigen Kette bestehend aus drei Co- und sechs Cu-Atomen auf einer Kupfer-Oberfläche, die in einem Tieftemperatur- Rastertunnelmikroskop aufgebaut und abgebildet wurde. Beide Enden sowie das Zentrum der Kette werden durch je ein Co-Atom besetzt. Der Atomabstand innerhalb der binären Kettenstruktur beträgt 2.55 Angström. © PDI

Nanostrukturen maßgeschneidert für ihren jeweiligen Anwendungszweck herstellen zu können, ist eines der Hauptziele der Nanotechnologie. Jetzt ist es Wissenschaftlern gelungen, einzelne Atome unterschiedlicher chemischer Elemente gezielt individuellen Nanostrukturen zusammenzusetzen, dass sie damit Quantenzustände gezielt beeinflussen können.

Damit maßgeschneiderte Nanostrukturen künftig für neue technologische Anwendungen erschlossen werden können, muss das Verhalten solcher Atomanordnungen im Detail verstanden werden. Hieran arbeitet das Team um Stefan Fölsch am Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik (PDI). Die Wissenschaftler ordneten unmagnetische Kupfer- und magnetische Kobalt-Atome nebeneinander auf einer kristallinen Kupfer-Oberfläche an. Auf diese Weise entstanden unterschiedlich lange Atomketten mit einer genau definierten Abfolge der atomaren Bausteine. Das Experiment erlaubt es den Angaben der Forscher zufolge, die Quantenzustände der Nanostruktur durch kontrollierte Zugabe von einzelnen Fremdatomen gezielt zu beeinflussen.

Für ihre Experimente nutzten die Forscher Kobalt- und Kupfer-Atome, die sie unter Ultrahochvakuumbedingungen manipulierten. Als Werkzeug diente den Wissenschaftlern unter der Leitung von Stefan Fölsch ein Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop (LT- STM). Damit erzeugten sie Paare sowie unterschiedlich lange Ketten von magnetischen und unmagnetischen Atomen. Je nach Zahl und Anordnung der Kobalt- und Kupfer-Atome variierten die elektronischen Eigenschaften der Atomkette.

Das Elegante daran: Die Effekte lassen sich durch Konzepte der Lehrbuch-Physik verstehen, die üblicherweise zur Beschreibung von einfachen Molekülen angewendet werden. Grundlegende elektronische Eigenschaften können hierdurch auf einfache Weise vorhergesagt werden.

In Serie gehen wird die Nanostruktur-Produktion mit dem LT-STM freilich nicht. Zu aufwändig und kompliziert ist das Verfahren. „Doch unsere Methode verschafft uns ein viel versprechendes Modellsystem, um grundsätzliche Fragen von Quanteneffekten in maßgeschneiderten Nanostrukturen zu untersuchen“, sagt Stefan Fölsch. Er fügt hinzu: „Das ist auf lange Sicht von allerhöchster technologischer Relevanz.“

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(Forschungsverbund Berlin, 10.04.2007 – NPO)

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