Wiener Forscher spielen „Atom-Billard“
Die Methode ist neu und sollte, Vorsicht Zungenbrecher, im Zweifelsfall mit der Abkürzung STEM angesprochen werden - anstatt als „Rasterdurchstrahlungselektronenmikroskopie“: Bei der STEM wird jedenfalls ein hochpräziser Elektronenstrahl erzeugt, mit dem man in zweidimensionalen Materialien jedes Atom direkt sehen kann.
Aktuelle Studie
„Electron-Beam Manipulation of Silicon Dopants in Graphene“, Nano Letters (27.6.2018).
Vor einigen Jahren entdeckte Toma Susi von der Universität Wien, dass sich mit dem Elektronenstrahl Atome nicht nur betrachten, sondern auch manipulieren lassen. Sie stoßen dabei mit dem Elektronenstrahl ein weniger stark gebundenes Kohlenatom gerade soweit aus einem Graphen-Gitter, dass es mit einem benachbarten Siliziumatom die Plätze tauscht.
2014 berichtete der Wiener Forscher, wie mithilfe des Elektronenstrahls einzelne Siliziumatome in Graphen verschoben werden können, ohne dabei das ultradünne Graphen-Gitter zu beschädigen. Die Bewegung der Siliziumatome erfolgte damals allerdings noch mehr oder weniger zufällig.
Siliziumatome als Datenspeicher
Mit einem 2017 zuerkannten, mit 1,5 Millionen Euro dotierten „Starting Grant“ des Europäischen Forschungsrats (ERC) arbeitete der Physiker daran, ein praktisches Verfahren zur Elektronenstrahl-Manipulation zu entwickeln.
Was ihm nun gelungen ist: Mit einem Hochleistungselektronenmikroskop konnten die Forscher einzelne Siliziumatome in Graphen präzise bewegen und durch das Graphen-Gitter steuern. Insgesamt erzielten sie fast 300 kontrollierte Atomsprünge.
„Die Präzision, die wir erreichen können, indem wir den Elektronenstrahl per Hand in jede beliebige Richtung steuern, ist bemerkenswert“, sagt Susi, der mittlerweile an einer Automatisierung des Prozesses arbeitet.
Die Wissenschaftler demonstrierten, wie sie ein Siliziumatom wiederholte Male zwischen zwei benachbarten Atompositionen hin- und herverschoben - so, als ob man einen atomaren Schalter umlegen würde. Sie zeigten damit auch, dass man auf diese Weise Informationen speichern könnte. „Siliziumatome in Graphen haben das Potenzial als Bits zu dienen - und dies mit einer Dichte nahe am Limit des physikalisch Machbaren.“
science.ORF.at/APA