Neuer Durchbruch in der Nanotechnologie: IBM Forscher messen den Ladungszustand von einzelnen Atomen mit dem Rasterkraftmikroskop

In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universitäten Regensburg und Utrecht haben IBM Forscher einen Durchbruch auf dem Gebiet der Nanotechnologie erzielt: Sie konnten zum ersten Mal den Ladungszustand von einzelnen Atomen direkt mittels Rasterkraftmikroskopie (RKM) messen.

Die Präzision, mit der sie dabei zwischen ungeladenen bzw. positiv oder negativ geladenen Atomen unterscheiden konnten, betrug eine einzelne Elektronenladung bei einer nanometergenauen räumlichen Auflösung. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Erforschung von Nanostrukturen und Bausteinen auf atomarer und molekularer Skala in Anwendungsbereichen wie etwa der molekularen Elektronik, der Katalyse oder der Photovoltaik.

Die Arbeit von Leo Gross, Fabian Mohn und Gerhard Meyer vom IBM Forschungslabor Zürich und Kollegen der Universitäten Regensburg und Utrecht ist in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Science erschienen. Sie berichten darin, wie sie einzelne, unterschiedlich geladene Gold- und Silberatome abbilden und deren Ladungszustand aufgrund kleinster Unterschiede in der Kraft zwischen der Spitze eines Rasterkraftmikroskops und diesen Atomen exakt bestimmen konnten.   Dieser Durchbruch ist ein weiterer, wichtiger Fortschritt in der Nanoforschung. Im Gegensatz zum RTM, das auf elektrisch leitfähige Proben angewiesen ist, kann das RKM auch für nichtleitende Proben verwendet werden. In der molekularen Elektronik, in der die Verwendung von Molekülen als Bausteine in zukünftigen Schaltkreisen und Prozessoren erforscht wird, werden nichtleitende Trägersubstanzen benötigt.

Die jüngsten Ergebnisse schliessen sich einer Reihe grundlegender wissenschaftlicher Durchbrüche an, die IBM Forschern in den letzten Jahren gelungen sind: 2008 gelang es Wissenschaftlern am IBM Almaden Research Center in Kalifornien erstmals die Kraft zu messen, die benötigt wird, um ein Atom auf einer Oberfläche zu verschieben. Dies bahnte den Weg für die aktuellen Experimente. 2007 demonstrierte das Team um Gerhard Meyer am IBM Forschungslabor Zürich ein Molekül, das kontrolliert zwischen zwei Zuständen geschaltet werden konnte, ohne Veränderung seiner äusseren Form.

IBM ist seit der Erfindung des Rastertunnelmikroskops im Jahr 1981 durch Gerd Binnig und Heinrich Rohrer am Zürcher Labor Pionier auf dem Gebiet der Nanowissenschaft.  Für diese bahnbrechende Erfindung, dank derer einzelne Atome abgebildet und später auch manipuliert werden konnten, erhielten Binnig und Rohrer 1986 den Nobelpreis für Physik. Das RTM wird generell als das Instrument angesehen, das das Tor zum Nanokosmos öffnete. Das Rasterkraftmikroskop, das eng mit dem RTM verwandt ist, wurde 1986 erfunden.

Quelle: IBM Deutschland GmbH