Manipulácia jediného atómu elektrónovým lúčom

, Autor: Tlačové správy z vedy

Všetka hmota je zložená z atómov, ktoré sú príliš malé na to, aby sme ich mohli vidieť bez silných moderných nástrojov vrátane elektrónového mikroskopu.

 Tie isté elektróny, ktoré vytvárajú obrazy atómových štruktúr, môžu byť použité aj na presun atómov v materiáloch. Táto technika manipulácie s jedným atómom, ktorá bola uvedené vedeckými pracovníkmi Univerzity vo Viedni, je teraz schopná dosiahnuť takmer dokonalú kontrolu nad pohybom jednotlivých atómov nečistôt kremíka v mriežke grafénu, dvojrozmernej vrstve uhlíka. Najnovšie výsledky sú publikované vo vedeckom časopise "Nano Letters".

Ako epochálny úspech v oblasti nanotechnológií, bol skenovací tunelovací mikroskop schopný od konca 80. rokov schopný presúvať povrchové atómy a až donedávna bol jedinou technológiou schopnou pohybovať jednotlivými atómami kontrolovaným spôsobom. Skenovací transmisný elektrónový mikroskop (STEM) je schopný spoľahlivo zaostriť elektrónový lúč s sub-atomárnou presnosťou, čo umožňuje vedcom priamo vidieť každý atóm v dvojrozmerných materiáloch, ako je grafén, a taktiež zacieliť s lúčom na jednotlivé atómy. Každý elektrón má maličkú šancu rozptýliť sa späť z jadra, čo mu dáva nakopnutie v opačnom smere.


Elektrónový zväzok zaostrený na uhlíkový atóm vedľa atómu kremíkovej nečistoty môže spôsobiť jej kontrolovaný skok na miesto kde bol zväzok zacielený. To dovoľuje pohybovať kremíkom krok za krokom s atómovou presnosťou po hexagonálnej dráhe (© CC-BY, Toma Susi / University of Vienna).

Vychádzajúc z prác uverejnených počas niekoľkých posledných rokov výskumný tím na Univerzite vo Viedni vedený Toma Susi teraz používa pokročilý elektrónový mikroskop Nion UltraSTEM100 na presun jediných atómov kremíka v graféne s naozaj atómovou presnosťou. Aj pri manuálnej prevádzke je dosiahnutá miera pohybu už porovnateľná s najmodernejšou technológiou v akejkoľvek atómovo presnej technike. "Ovládanie, ktoré dokážeme dosiahnuť tým, že v podstate smerujeme elektrónový lúč ručne, je už pozoruhodné, ale urobili sme prvé kroky smerom k automatizácii detekciou skokov v reálnom čase," hovorí Susi. Nové výsledky tiež zlepšujú teoretické modely procesu tým, že zahŕňajú simulácie spolupracovníkov v Belgicku a Nórsku.

Celkove vedci zaznamenali takmer 300 kontrolovaných skokov. Okrem rozšírených trás alebo pohybu okolo jedného šesťuholníka vyrobeného z uhlíkových atómov v graféne by sa kremíková nečistota mohla pohybovať tam a späť medzi dvoma susednými mriežkovými miestami oddelenými jednou desatinou miliardtiny metra, podobne ako kmitanie prepínača veľkosti atómov. V zásade by sa to mohlo použiť na uloženie jedného bitu informácie na rekordne vysokú hustotu. Dr Susi došiel k záveru: "Váš počítač alebo mobil nebudú mať tak skoro atómové spomienky, ale zdá sa, že atómy grafénových nečistôt majú potenciál ako bity v blízkosti hraníc toho, čo je fyzikálne možné."


Hlavné financovanie tejto práce pochádza od Európskej rady pre výskum (ERC) a Rakúskeho vedeckého fondu (FWF).

Článok: Electron-Beam Manipulation of Silicon Dopants in Graphene: Mukesh Tripathi, Andreas Mittelberger, Nicholas Pike, Clemens Mangler, Jannik C. Meyer, Matthieu Verstraete, Jani Kotakoski, and Toma Susi. Nano Letters Article ASAP, DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b02406.

Zdroj: medienportal.univie.ac.at

 

 

Kľúčové slová
nanotechnológie
Po kliknutí na vybrané kľúčové slovo sa vám automaticky zobrazia všetky súvisiace články na pc.sk

Poslať nový komentár

TOPlist