Alle materie is samengesteld uit atomen, die te klein zijn om te zien zonder krachtige moderne instrumenten, waaronder elektronenmicroscopen. Dezelfde elektronen die afbeeldingen van atomaire structuren vormen, kunnen ook worden gebruikt om atomen in materialen te verplaatsen. Deze techniek van manipulatie met één atoom, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Wenen, is nu in staat om bijna perfecte controle te krijgen over de beweging van individuele siliciumonzuiverheidsatomen in het rooster van grafeen, de tweedimensionale koolstofplaat. De laatste resultaten worden gerapporteerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nano-letters .

Als een baanbrekende prestatie in nanotechnologie, de scanning tunneling microscoop is sinds het einde van de jaren tachtig in staat atomen over oppervlakken te verplaatsen, en was tot voor kort de enige technologie die individuele atomen op zo'n gecontroleerde manier kon verplaatsen. Nutsvoorzieningen, de scanning transmissie-elektronenmicroscoop (STEM) in staat is om een ​​elektronenstraal betrouwbaar te focussen met subatomaire precisie, waardoor wetenschappers elk atoom direct kunnen zien in tweedimensionale materialen zoals grafeen, en ook om enkele atomen met de straal te richten. Elk elektron heeft een kleine kans om terug te verstrooien vanuit een kern, het een schop in de tegenovergestelde richting geven.

Voortbouwend op het werk dat de afgelopen jaren is gepubliceerd, een onderzoeksteam van de Universiteit van Wenen onder leiding van Toma Susi heeft nu de geavanceerde elektronenmicroscoop Nion UltraSTEM100 gebruikt om afzonderlijke siliciumatomen in grafeen te verplaatsen met echte atomaire precisie. Zelfs bij handmatige bediening, de bereikte bewegingssnelheid is al vergelijkbaar met de state-of-the-art in elke atomair nauwkeurige techniek. "De controle die we kunnen bereiken door de elektronenstraal in wezen met de hand te richten, is al opmerkelijk, maar we hebben de eerste stappen naar automatisering verder gezet door de sprongen in realtime te detecteren, ", zegt Susi. De nieuwe resultaten verbeteren ook de theoretische modellen van het proces door simulaties van medewerkers in België en Noorwegen op te nemen.

In totaal, de onderzoekers registreerden bijna 300 gecontroleerde sprongen. Naast uitgebreide paden of bewegen rond een enkele zeshoek gemaakt van koolstofatomen in grafeen, een siliciumverontreiniging kan heen en weer worden bewogen tussen twee aangrenzende roosterplaatsen, gescheiden door een tiende-miljardste van een meter, alsof je een atomaire schakelaar omdraait. In principe, dit zou kunnen worden gebruikt om één bit informatie op te slaan met een recordhoge dichtheid. Dr. Susi concludeert, "Je computer of mobiele telefoon zal niet snel atoomgeheugens hebben, maar grafeenonzuiverheidsatomen lijken potentieel te hebben als bits in de buurt van de grenzen van wat fysiek mogelijk is."