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Forscher der Uni Basel bauen kleinstes Schweizer Kreuz - aus gerade mal 20 Atomen!

Mit Hilfe der Spitze eines Rasterkraftmikroskops wurden bei Raumtemperatur 20 Brom-Atome auf einer Natriumchlorid-Oberfläche platziert und so ein Schweizer Kreuz von der Grösse von 5.6nm kreiert. (Bild: © Departement Physik, Universität Basel)

Die Atom-Positionierung hat ein neues Level erreicht: Zusammen mit Forschungsteams aus Finnland und Japan gelang es Physiker der Universität Basel, einzelne Atome auf einer elektrisch isolierenden Oberfläche bei Raumtemperatur zu positionieren. Die Forschenden formten dabei das wohl kleinste Schweizer Kreuz und haben damit einen wichtigen Schritt in Richtung einer neuen Generation atomarer Speichermedien gemacht. Die Fachzeitschrift «Nature Communications» hat ihre Resultate veröffentlicht.

Herausforderung: Oberflächenstrukturen bei Raumtemperatur beeinflussen

Seit den 1990er Jahren können Physiker direkten Einfluss auf Oberflächenstrukturen nehmen, indem sie einzelne Atome gezielt bewegen und positionieren. Eine Anzahl von Atom-Positionierungen konnten in der Vergangenheit auf leitenden oder halbleitenden Oberflächen hauptsächlich bei sehr tiefen Temperaturen durchgeführt werden. Dennoch stellt die Herstellung von künstlichen Strukturen auf Isolatoren bei Raumtemperatur bis heute eine grosse Herausforderung dar. Frühere Versuche stellten sich als unkontrollierbar heraus und lieferten nicht die gewünschten Resultate.

Einem internationalen Team um die Forscher Shigeki Kawai und Ernst Meyer vom Departement Physik der Universität Basel gelang nun zum ersten Mal eine systematische Atom-Manipulation auf einer isolierenden Oberfläche bei Raumtemperatur durchzuführen. Mit Hilfe der Spitze eines Rasterkraftmikroskops konnten sie einzelne Brom-Atome auf einer Natriumchlorid-Oberfläche bewegen und so ein Schweizer Kreuz formen. Das winzige Kreuz besteht aus 20 Brom-Atomen und entstand durch den Austausch von Chlor- mit Brom-Atomen. Es misst gerade mal 5.6 Nanometer im Quadrat und stellt damit die bisher grösste Anzahl erfolgreicher Atom-Manipulationen bei Raumtemperatur dar.

Zum Grössenvergleich: 1 Million (1'000'000) Nanometer entsprechen gerade mal 1 Millimeter, was etwa der Breite dieses Zeichens "♦" entspricht. Wenn Sie also dieses "♦" in 1 Million Stücke schneiden, haben Sie 1 Nanometer Breite. Nehmen Sie 5 von diesen Stückchen und sie haben die Grösse des kleinsten Schweizerkreuzes. Unvorstellbar, nicht?

Neue Speichermethoden

Mit Hilfe von Computersimulationen und theoretischen Berechnungen konnten die Wissenschaftler neue Manipulationsmechanismen zur Herstellung von einzigartigen atomaren Strukturen identifizieren. Die Studie zeigt demnach, wie systematische Atom-Manipulation bei Raumtemperatur möglich ist und stellt damit einen wichtigen Schritt dar in Richtung der Herstellung einer neuen Generation von elektromechanischen Systemen, Speichermedien und Logikschaltkreisen.

Originalbeitrag:
Shigeki Kawai, Adam S. Foster, Filippo Federici Canova, Hiroshi Onodera, Shin-ichi Kitamura, and Ernst Meyer
Atom manipulation on an insulating surface at room temperature
Nature Communications | doi: 10.1038/ncomms5403

Quelle: Universität Basel

 

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