Nanotechnologie is een bloeiende wetenschap. Onderdelen voor bijvoorbeeld computers worden met de minuut kleiner en nauwkeuriger. Een van de meest efficiënte computers zou de zogenaamde kwantumcomputer zijn. Tot nu toe, het bestaan ​​ervan is slechts een concept geweest dat is gebaseerd op de wetten van de kwantummechanica. Hier, het vermogen om de toestand van afzonderlijke atomen te beheersen is bepalend. Voor de eerste keer ooit, wetenschappers van de Universiteit van Kiel zijn erin geslaagd om enkele atomen verticaal in een kristal te verplaatsen. Dit is belangrijk voor de verdere ontwikkeling van nanostructuren. Tegelijkertijd, de natuurkundigen vonden een methode om een ​​transistorachtig gedrag van afzonderlijke atomen te meten. Deze bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuurcommunicatie (Januari, 3e, 2014) als in de befaamde Fysieke beoordelingsbrieven .

Bij het vervaardigen van nanostructuren, het begrijpen, analyseren en hanteren van materialen vormen grote uitdagingen. Een veelgebruikt en onderzocht materiaal voor piëzo-, micro-, en opto-elektronische apparaten is zinkoxide (ZnO). Als halfgeleider is hij ingebouwd in light-emitting diodes (LED) en LCD-displays. Ook, het wordt gebruikt als nanodraden in elektrische meettechnologie. Sommige eigenschappen - zoals de geleidbaarheid van het zuivere materiaal - zijn tot op heden niet begrepen. Een grote stap in de richting van het oplossen van dit mysterie is onlangs gemaakt door Dr. Hao Zheng, Dr. Alexander Weismann en professor Richard Berndt van het Instituut voor Experimentele en Toegepaste Natuurkunde aan de Universiteit van Kiel. Tijdens het experimenteren in het Collaborative Research Center "Magnetoelectric Composites - Future Biomagnetic Interfaces, Zheng analyseerde zinkoxide met de scanning tunneling microscope (STM). Dit apparaat kan kristallen op atomaire schaal afbeelden. Hij ontdekte cirkelvormige structuren in het anders onregelmatige oppervlak. "We ontdekten dat ze het resultaat zijn van zinkatomen die verkeerd gepositioneerd in het kristalrooster", zegt Zheng.

Elk van de ontdekte atomen had twee ringen - een duidelijk bewijs dat het twee elektronen kan afstaan. "We hebben alle wetenschappelijke literatuur bestudeerd om erachter te komen dat niemand tot nu toe had bewezen waarom zinkoxide geleidend is. De logische conclusie was dat de reden moest liggen in de nieuw gevonden zinkatomen, die van nature in dit materiaal voorkomen."

Verder onderzoek leidde ertoe dat Dr. Zheng ontdekte dat de grootte van de ring kon worden gevarieerd terwijl hij werd blootgesteld aan experimenten in de scanning tunneling microscoop. Hij vroeg de hulp van zijn collega Weismann, wie is een expert voor modelberekening. "De berekening liet doorschemeren dat de diameter van de ring iets onthulde over de diepte van de atomen onder het oppervlak", zegt Weismann. Hiermee was het duidelijk dat Zheng een manier had ontdekt om de positie van een atoom met de breedte van een enkel atoom te veranderen. "Dit is de eerste keer dat een enkel atoom met atomaire precisie controleerbaar wordt verplaatst in een kristal", Weismann benadrukt. "Dit vermogen zal nuttig zijn bij het ontwerpen van nanostructuren in laboratoria."

Samen met hun andere bevindingen, de wetenschappers van de Universiteit van Kiel merkten een gedrag op dat vergelijkbaar was met dat van transistors. Dit onderdeel, die met miljoenen in computers wordt gebruikt, vereist meestal drie contactelektroden. Bij het werken met nanostructuren zoals atomen, die slechts 0,3 nanometer meten, drie elektroden zouden onvermijdelijk kortsluiting veroorzaken. "Met behulp van de STM hebben we een methode ontdekt die slechts twee elektroden nodig heeft, waarvan één verplaatsbaar." Ook voor de omgang met nanostructuren is dit een grote stap.