Kleinstes Schweizer Kreuz – gebaut aus 20 Atomen

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.

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