Onderzoekers schrijven op nanoschaal door atomen te manipuleren

Japanse onderzoekers zijn erin geslaagd op atomaire schaal structuren met tin-atomen te schrijven. De Japanners wisten hun structuren bij kamertemperatuur te verwezenlijken, wat nog niet eerder is gelukt.

Het bouwen van elektrische schakelingen op nanoschaal vergt het vermogen atomen en moleculen individueel te manipuleren. Dit is al enige tijd mogelijk: met behulp van een STM wisten IBM-onderzoekers zelfs al in 1989 het logo van hun bedrijf in xenon-atomen vast te leggen. Voorwaarde voor de uitvoering van dit kunstje, en van vergelijkbare atomaire bewerkingen, is de aanwezigheid van een zeer diep vacuüm. Ook dient de temperatuur zeer laag te zijn om de beweging van atomen in te dammen.

Onderzoekers van de Japanse Osaka-universiteit hebben echter een methode ontwikkeld om bij kamertemperatuur nano-elektrische structuren te vervaardigen. Ze gebruikten hiervoor een afgeleide van de STM, een AFM. Met deze microscoop konden de onderzoekers de aantrekkingskracht tussen de 'punt' van de microscoop en tin-atomen variëren: bij voldoende aantrekkingskracht konden ze de tin-atomen over een kristallijn oppervlak van germanium of silicium slepen. Wanneer het tin-atoom de gewenste plek had bereikt, zorgde een vermindering van de aantrekkingskracht voor het loslaten van het tin-atoom, waarna dit atoom in het halfgeleiderkristal werd opgenomen.

De variabele aantrekkingskracht werd gerealiseerd door de punt van de microscoop geleidelijk dichter bij het oppervlak van het ondergrond te brengen. De tin-atomen wisselden wanneer ze werden 'losgelaten' van plaats met de halfgeleideratomen in het oppervlak. Op deze manier konden de onderzoekers patronen op het kristallijne oppervlak schrijven. Als demonstratie schreven de Japanners de chemische afkorting voor silicium in de ondergrond: een klus die ongeveer anderhalf uur in beslag nam. De bouwsels werden zichtbaar gemaakt door verschillen in aantrekkingskracht met de AFM-tip: een tin-atoom is op afbeeldingen anders gekleurd dan de omliggende atomen.

Het concept zou ingezet kunnen worden om op kamertemperatuur 'tweedimensionale' nano-elektrische structuren en schakelingen te bouwen. In plaats van tin zouden ook lood, indium of silicium gebruikt kunnen worden, zodat wetenschappers ook complexere nano-structuren kunnen bouwen. Overigens meet het atomaire silicium-symbool slechts 2nm bij 2nm: volgens de Japanners de kleinst mogelijke notatie van het element.

Reacties (30)

Kunnen ze atomen ook echt waarnemen? Of zijn deze alleen te meten en daarna te vertalen naar beeld.

De meting met een AFM is in weze een soort van braille... Zoals een blinde met een stok de omgeving kan voelen, zo doet een AFM en STM dat ook met een scherpte tip. De AFM voelt de van-der-Waals kracht tussen de atomen.

Dus we kunnen niet met een supermicroscoop de atomen waarnemen ?
We nemen gewoon aan dat het zo rond zijn kern moet draaien ?

in feite wel ja...


wel al knap hoe ver ze al zijn met het schrijven tijd voor een nieuwe versie van het kleinste boek ter wereld

Meten is toch waarnemen? Of bedoel je te vragen of de atomen zichtbaar licht weerkaatsen? De golflengte van zichtbaar licht is te groot om dat detail te kunnen weergeven hoor

Dat is normaal gesproken waar, maar vergeet zogenaamde 'superlenzen' niet. Daar meten ze de terugkaatsende stukjes golf (zogenaamde 'evanescent wave') heel dicht bij het materiaal, waardoor veel kleinere details gezien kunnen worden. Voor zover ik weet halen ze daarmee nog geen kleinere details dan 40-50nm, maar wel aanzienlijk kleiner dan de golflengte.

http://en.wikipedia.org/wiki/Superlens

[Reactie gewijzigd door Mitsuko op 20 oktober 2008 20:58]

Het lijkt erop dat iedereen met toegang tot een AFM, het artikel en een beetje kennis dit kunstje kan uitvoeren. Kan nog een leuke ontwikkeling worden.

Je hebt helemaal gelijk. De minor nanotechnologie op de universiteit Twente bevat een practicum waar in je jou initalen in grafiet atomen moet schrijven :
- Je begint met een grafiet blokje waar je met plakband de bovenste lagen er af trekt, waardoor er op micro schaal er een perfect rooster ontstaat.
- Je pakt een metalen draadje knipt hier schuin met de schaar een stuk vanaf, en je hebt op nano schaal gezien een naald met scherpe punt.
- De naald die je hebt gemaakt gebruik je als punt voor je STM, waarbij je door middel van de tunneling stroom kan meten hoe ver je van het oppervlakte zit, en je kan daar dus mee een hoogte plaatje maken zoals in het nieuws bericht.
- Als je wilt schrijven laat je de punt het oppervlakte in gaan en gebruik je hem als stokje om atomen te verplaatsen.

[Reactie gewijzigd door djexplo op 20 oktober 2008 17:28]

Pardon? Als je met een schaar een punt van een draadje knipt, dan krijg je echt geen scherpe punt op nanoniveau ! Maak maar eens een SEM beeld van zo'n tip...

Zelfs een commerciele AFM tip is i.h.a. nog niet zo denderend scherp... Heeft meestal nog een diameter van zo'n 20 nm... Maar vanwege de oppervlakte ruwheid kun je er bij een AFM toch nauwekeurig mee meten. Si roosters kun je er ook mee bepalen, maar geen individuele atomen. Je meet dan eigenlijk de frequentie van de atomen, die mooi gelijk is met de tip. Vergelijk het met twee handen waarbij je met de knokkels over elkaar gaat.

Voor deze actie moest met uiterst speciale super scherpe AFM tips gebruiken...

Als je een tip knipt van een platina draad, heb je toch altijd een atoom die het uiteinde vormt en dichterbij het oppervlak zit dan de rest. De tunneling stroom is daarnaast exponentieel afhankelijk van de afstand, dus zolang je de tip alleen voor STM toepassingen gebruikt, kan je volgens mij er wel van uitgaan dat je geknipte tip scherp genoeg is.

Maar ik zie dat jij doctor ingenieur Natuurkunde bent, dus jij zal er wel meer ervaring mee hebben .

IBM schreef "IBM" met individuele atomen al in April 1990.

http://www-03.ibm.com/ibm...e/vintage_4506VV1003.html

Deze is ook wel leuk (IBM uit 1995); hier hebben ze met een STM individuele atomen in een cirkel gezet. Je ziet de interferentiepatronen van de elektronen die op de atomen botsen.

http://www.almaden.ibm.com/vis/stm/images/stm16.jpg

Dat is wel heel erg klein maar ligt het nu aan mij oz zijn de atomen van de ondergrond wel heel erg ovedreven netjes gerangschikt. Ik heb totaal geen idee of zo iets normaal is maar als ik om me heen kijk naar nou ja eigenlijk alles dan zijn er toch maar heel erg weinig dingen die zo perfect glad en optimaal gerangschikt zijn.

Dan heb ik nog een vraag, kunnen ze dan ook een meer laags structuur maken? dat je atomen over een oppervlak kan slepen is begrijpelijk maar kun je ze ook optillen en op elkaar stapelen? Want pas als je dat kan kun je echt nuttige schakelingen gaan bouwen lijkt me. Als je namelijk een halfgeleider wilt hebben heb je toch wel meer dan een laagje nodig...

Die nette struuctuur is inderdaad heel normaal. Deze regelmatige structuur heb je over nog veel grotere afstanden. Het hele scherm vol is geen enkel probleem.

Heb je wel een kristal gezien? Dat levert prachtige rechte vlakken op, nietwaar? Dat komt omdat de atomen bij voorkeur netjes geranschikt in het atoom rooster gaan liggen. De reden dat kristallen bepaalde vormen krijgen, is direct gerelateerd aan de vorm van het atoomrooster.

Tot op zekere hoogte is dit inderdaad zo. Vergeet alleen niet dat er nu niet, zoals bij een STM, op zeer lage temperatuur wordt waargenomen, maar dat het gewoon op kamertemperatuur is. Op kamertemperatuur staan deze atomen, ook in een perfect rooster, als een gek te trillen. Als er steeds instantaan wordt gemeten zal het rooster dus iets minder netjes zijn.
De frequentie van de trillingen is echter zo groot, dat er waarschijnlijk steeds sprake is van een gemiddeld signaal, waardoor er in het plaatje ook gemiddelde posities te zien zijn.

Jij hebt niet zo'n microscoop nodig om losse atomen te kunnen zien?

Bedenk wel dat het een plaatje van 2nm x 2nm is. Eventuele oneffenheden zitten verderop.

Dit is gewoon een silicium kristal, en bij alle kristallen zijn de atomen erg netjes gerangschikt.

Op elkaar schakelen gaat niet zogemakkelijk. Hierbij 'vervang' je een Silicium atoom, maar een atoom bovenop een ander atoom zetten is niet zo gemakkelijk.

Volgens mij kan die 'i' nog 1 kolom naar links...

Het lijkt wel of het onderste plaatje beweegt.

inderdaad, je moet er niet te lang naar kijken

Zou iemand kunnen uitleggen wanneer we spreken van een vacuum in tegenstelinng tot wat in het artikel staat een zeer diep vacuum? Ik nam altijd aan dat een luchtvrije omgeving een vacuum was. Hoeveel luchtmolekulen mogen er zich dan per kubieke meter bevinden om toch nog een vacuum genoemd te worden?

Ik denk dat je hier:

http://nl.wikipedia.org/wiki/Vacu%C3%BCm,

de meeste antwoorden kan vinden.

12 bits in 1.5 uur (even aannemen dat ze alleen de putjes gemaakt hebben) = 1.5 byte in 1.5 uur = 1 B/uur. Nog niet echt commercieel haalbaar. Maar dit is wel zo ongeveer de hoogste informatie dichtheid die je op deze manier kan krijgen, toch?!?

Om precies te zijn 0.99999996 B/uur

Maar hoe kom je eigenlijk bij 12 bit in 1.5 uur?

Beetje nutteloos om zo gegevens op te gaan slaan. En als het lezen net zo langzaam gaat... whoop.

Zo het wat zijn om boodschappen door te geven niemand die het zou verwachten dat in iets dat geen waarde heeft belangrijke tekst staat

dit is waarschijnlijk express gedaan zodat iedere letter de zelfde hoeveelheid posities inneemt.

laat dat nu ook het symbool zijn van silicium