Thụy Sĩ chỉ có 20 nguyên tử

Chữ thập nhỏ nhất trên thế giới đồng thời là cấu trúc lớn nhất được tạo ra bởi thao tác nguyên tử

Chữ thập Thụy Sĩ nhỏ nhất thế giới: 20 nguyên tử brom trên bề mặt natri clorua, được đặt bằng kính hiển vi lực nguyên tử. Các biện pháp chéo 5, 6 nanomet và ổn định ngay cả ở nhiệt độ phòng. © Khoa Vật lý, Đại học Basel
đọc to

Hiển thị cờ trong thế giới nano: Một nhóm nghiên cứu quốc tế đã lắp ráp cây thập tự Thụy Sĩ nhỏ nhất trên thế giới từ 20 nguyên tử riêng lẻ. Đây là lần đầu tiên các thao tác như vậy của các nguyên tử ở nhiệt độ phòng và trên bề mặt cách điện, các nhà khoa học báo cáo trên tạp chí "Truyền thông tự nhiên". Các cơ chế được sử dụng là một bước quan trọng trên đường đến phương tiện lưu trữ nguyên tử.

Di chuyển các nguyên tử đơn lẻ không quá dễ dàng: Chẳng hạn, chúng quá nhỏ để có thể kẹp bằng nhíp. Tuy nhiên, với kính hiển vi lực nguyên tử thay vì nhíp, ngay cả các nguyên tử riêng lẻ cũng có thể được nâng lên và đặt xuống. Một điện áp giữ nguyên tử đến một đầu kim loại rất mịn và để nó đi lại. Từ những năm 1990, kỹ thuật này đã được các nhà vật lý biết đến.

Chữ thập nhỏ trên bàn muối

Điều đó một mình không để nguyên tử bị thao túng tại chỗ: Ở nhiệt độ cao hơn, các nguyên tử di chuyển xung quanh khu vực rất nhanh và không thể kiểm soát. Trên các bề mặt dẫn điện và bán dẫn, đặc biệt là ở nhiệt độ rất lạnh, chúng có thể được kết dính với nhau với sự trợ giúp của điện áp. Cho đến nay, một mẹo như vậy đã là một thách thức đối với vật liệu cách điện ở nhiệt độ phòng.

Các nhà vật lý làm việc với Shigeki Kawai tại Đại học Basel đã đạt được chính xác điều này: Từ 20 nguyên tử brom, họ kết hợp những gì có lẽ là cây thập tự Thụy Sĩ nhỏ nhất trên thế giới - ở nhiệt độ phòng. Nền cho hình chữ thập, chỉ có 5, 6 nanomet, là natri clorua - muối thông thường. Là một tinh thể tinh khiết, muối là một chất cách điện, điện chỉ dẫn điện ở dạng hòa tan. Tuy nhiên, chữ thập không được mô tả bằng màu sắc phù hợp của quốc kỳ Thụy Sĩ: kích thước của nó nằm thấp hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng khả kiến ​​và do đó màu sắc dễ nhận biết.

Cơ chế mới cho thao tác nguyên tử

Chữ thập nhỏ nhất đồng thời là cấu trúc lớn nhất được tạo ra bởi thao tác như vậy ở nhiệt độ phòng. Điều này được thực hiện nhờ sự lựa chọn của các nguyên tử được sử dụng: Brom có ​​thể được trao đổi với clo trong mạng tinh thể natri clorua. Do đó, thập tự giá không chỉ đơn thuần được dán lên bề mặt, mà được nhúng vào nó - vì vậy các nguyên tử vẫn giữ nguyên vị trí ngay cả ở nhiệt độ phòng. trưng bày

Nhưng thập tự nguyên tử không chỉ đơn thuần là món trang sức: Nó cung cấp cho các nhà vật lý thông tin quan trọng về cách thao tác nguyên tử có hệ thống như vậy có thể xảy ra ở nhiệt độ phòng. Sử dụng mô phỏng máy tính, các nhà nghiên cứu đã xác định các cơ chế mới có thể được sử dụng trong tương lai để sản xuất các hệ thống cơ điện mới, phương tiện lưu trữ và mạch logic.

(Truyền thông tự nhiên, 2014; đổi: 10.1038 / ncomms5403)

(Đại học Basel, 15/07/2012 - AKR)