Kleinstes Schweizer Kreuz – gebaut aus 20 Atomen
Atom-Positionierung erreicht neues Level: einzelne Atome auf elektrisch isolierender Oberfläche bei Zimmertemperatur angeordnet.
Seit den 1990er Jahren können Physiker direkten Einfluss auf Oberflächenstrukturen nehmen, indem sie einzelne Atome gezielt bewegen und positionieren. Eine Anzahl von Atom-Positionierungen ließen sich in der Vergangenheit auf leitenden oder halbleitenden Oberflächen hauptsächlich bei sehr tiefen Temperaturen durchführen. 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.
Abb.: Mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops wurden bei Raumtemperatur 20 Br-Atome auf einer NaCl-Oberfläche platziert und so ein Schweizer Kreuz von 5,6 nm kreiert. Die Struktur ist bei Raumtemperatur stabil und entstand durch den Austausch von Cl- mit Br-Atomen. (Bild: U. Basel)
Einem internationalen Team um Shigeki Kawai und Ernst Meyer von der Universität Basel gelang nun zum ersten Mal, eine systematische Atom-Manipulation auf einer isolierenden Oberfläche bei Zimmertemperatur 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 zwanzig 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.
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.
U. Bas. / OD
