Wiener Physiker spielen mit Rastertunnelmikroskop Atom-Billard

Schon seit einiger Zeit können Wissenschafter einzelne Atome gezielt neu anordnen. Toma Susi von der Abteilung Physik Nanostrukturierter Materialien der Uni Wien verbesserte nun mit Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) eine ursprünglich von ihm entdeckte Methode, um Atome mit einem Elektronenstrahl neu anzuordnen.

red/Agenturen

Mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops kann man seit mehr als zwei Jahrzehnten die Positionen von Atomen verändern. Sie werden dazu auf der nadelartigen Spitze, mit der das Mikroskop üblicherweise eine Oberfläche abtastet, aufgenommen und bewegt. Das ist allerdings ein relativ langsamer mechanischer Vorgang. Die von Susi und seinem Team entwickelte Methode erlaubt es, Atome mit einem Elektronenstrahl in einem Rasterdurchstrahlungselektronenmikroskop (STEM) zu manipulieren, wie sie im Fachjournal „Science Advances“ berichten. Der Vorgang ist dabei durch magnetische Linsen vollständig elektronisch gesteuert und kommt ganz ohne mechanisch bewegliche Teile aus, berichtet die Uni Wien in einer Aussendung.

Nutzen Elektronenstrahl als Queue, um Atom in die gewünschte Position zu „schießen“

Mit dem auf die Breite eines Atoms fokussierten Elektronenstrahl können die Forscher Atome zu einem Sprung aus ihrer ursprünglichen Position im Material anregen. Wie bei Billardkugeln mit einem Queue können sie bestimmen, wohin das Atom am wahrscheinlichsten springen wird, indem sie gezielt den exakten Winkel und die Position von Strahl und Probe wählen. Die Wissenschafter haben auch eine theoretische Grundlage für diese Vorhersage entwickelt.

„Dies ist eine aufregende neue Art für die Manipulation von Atomen“, erklärte Susi. Mithilfe elektronischer Steuerungen und Künstlicher Intelligenz könnten Atome im Mikrosekundenbereich manipuliert werden. Das sei um viele Größenordnungen schneller, als derzeit mit mechanischen Sonden möglich.

In den Experimenten kontrollierten die Forscher hauptsächlich Phosphoratome in einer Schicht Graphen. Phosphoratome sind als sogenannte Dotieratome in Siliziumchips weit verbreitet. Diese Fremdatome beeinflussen die elektronischen, optischen und andere Eigenschaften des Ausgangmaterials. Wenn die Position der Fremdatome genau bekannt ist, lassen sich die Änderungen vorhersagen.