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Atombillard

Neue Methode zur Anordnung von Atomen per Elektronenstrahl gefunden

Die Anordnung der Atome ist vergleichbar mit Billard. Ein Beschuss mit einem Elektronenstrahl sorgt dafür, dass ein Sprung ausgelöst wird, der die Position einzelner Atome verändert. In Zukunft könnte die Methode genutzt werden, um neue Materialien zu erzeugen.

Wien (Österreich). Die Position einzelner Atome kann bereits seit mehr als 20 Jahren mithilfe eines Rastertunnelmikroskops verändert werden. Dazu wird mit der nadelartigen Spitze des Mikroskops, die eigentlich zur Abtastung von Oberflächen eingesetzt wird, ein Atom aufgenommen und an eine andere Stelle bewegt. Diese Methode ist aufgrund des mechanischen Vorgangs allerdings sehr langsam.

Wissenschaftler der Universität Wien haben nun mit Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) eine neue Methode entwickelt, die es ermöglicht Atome mit einem Elektronenstrahl in einem Rasterdurchstrahlungs-Elektronenmikroskop (STEM) in andere Positionen zu bringen. Laut der im Fachmagazin Science Advances veröffentlichten Studie nutzt die vollkommen elektronisch Methode keinerlei mechanische Teile und kann so im Vergleich zur bisherigen Möglichkeiten deutlich schneller arbeiten.

Elektronenstrahl löst Sprung aus

Die neue Methode des Teams rund um Toma Susi von der Abteilung Physik Nanostrukturierter Materialien der Universität Wien ist vergleichbar mit Billard. Dazu wird ein fokussierter Elektronenstrahl mit der Breite eines Atoms auf die Probe geschossen, wo dann ein Sprung des getroffenen Atoms in eine andere Position ausgelöst wird. Der Elektronenstrahl ist dabei vergleichbar mit einem Queue, da durch den Winkel und die Position der Sprung des Atoms beeinflusst werden kann. Anhand eines theoretischen Modells können die Wissenschaftler vorhersagen, an welcher Position sich ein Atom nachdem Sprung befindet.

Zur Erprobung der neuen Technologie haben die Wissenschaftler hauptsächlich Phosphoratome genutzt, die sich in einer Schicht Graphen befunden haben. Als Dotieratome werden Phosphoratome in Siliziumchips wie zum Beispiel Prozessoren häufig genutzt. Dotieratome verändern optische und elektronischen Eigenschaftes ihres Ausgangsmaterials, was er erlaubt, durch eine Vorhersage der neuen Position der Atome die gewünschten Änderungen im Material zu verursachen.

Laut Suso könnten „mithilfeelektronischer Steuerungen und Künstlicher Intelligenz Atome so im Mikrosekundenbereich manipuliert werden, also um viele Größenordnungen schneller, als derzeit mit mechanischen Sonden möglich.“

Auswirkung auf zweidimensionale Materialien

Parallel zur Veröffentlichung der Wiener Wissenschaftler hat ein internationales Team aus Wissenschaftler im Fachmagazin Nature Reviews Physics eine Studie veröffentlicht, die sich damit beschäftigt welche Auswirkungen ein solcher Elektronenstrahl auf verschiedenen zweidimensionale Materialien hat. Laut Susi soll „das verbesserte Verständnis der Elektron-Materie-Wechselwirkung dabei helfen, Modelle zu entwickeln, die allgemeingültig für eine Vielzahl unterschiedlicher Materialiens sind.“ Die Wissenschaftler wollen so die Anordnung von Atomen auch bei anderen Materialien als dem bereits erprobten Graphen nutzbar machen.

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