Daniel Rugar und seine Mitarbeiter tauschten an ihrem Gerät die Nadel durch einen winzigen Dauermagneten aus. Eine Spule sendet ein hochfrequentes Wechselfeld aus und lässt den Nanohebel vibrieren, genau abgestimmt auf jene Frequenz, mit der die Spins der Elektronen in der untersuchten Probe bevorzugt hin- und herklappen. Diesen Resonanzeffekt kann der Laserstrahl wahrnehmen.
Im Unterschied zu anderen Rastersondenmethoden können die Forscher mit diesem Magnet-Resonanz-Kraftmikroskop viele Atomlagen tief in ihre Proben hineinschauen. So gewannen sie einen dreidimensionalen Einblick in eine Siliziumdioxidschicht mit einer Auflösung von bis zu 25 Nanometern. "Dieses neue Werkzeug sollte unweigerlich zu fundamentalen Fortschritten in der Nanotechnologie und der Biologie führen", sagt Rugar voraus. Zudem lockt damit ein Lesegerät für künftige Quantencomputer. Denn zur Speicherung und Berechnung digitaler Daten können nicht nur elektrische Ladungen, sondern auch elementare magnetische Spins dienen. Nach dem Erfolg beim Elektron will Rugar nun dem Proton mit seinem 600 Mal schwächeren magnetischen Moment zu Leibe rücken.
"Die neue Methode zur Spinbestimmung ist sicherlich wertvoll, doch die Ortsauflösung sollte noch verbessert werden", kommentiert Nanophysiker Wiesendanger. Auch seine Arbeitsgruppe beobachtete schon die magnetischen Strukturen hauchdünner Oberflächen. Die kleinsten von ihnen entdeckten Wälle auf einem ferromagnetischen Eisenfilm maßen nur 0,6 Nanometer. Möglich machte dies die so genannte Spin-polarisierte Rastertunnelmikroskopie, bei der eine winzige magnetische Probe die Sondenspitze bildet.
Die konkurrierende Magnetresonanz-Methode sieht er gelassen. "Es ist wichtig, möglichst viele komplementäre Methoden zur Synthese und Analyse von nanoskaligen Strukturen zu entwickeln. Aus der Kombination ergeben sich dann vielleicht völlig neue Möglichkeiten zur gezielten Kontrolle der Materie auf Nanometerskala."
Heute ist Atommanipulation mit Rastersonden noch mühselige Handarbeit, doch bald schon könnte sie automatisiert werden. "Die Zukunft liegt in der Kombination der Nanoanalytik mit Komponenten der Robotik", sagt Wiesendanger, der bereits mit Robotik-Experten vom Hamburger Informatikinstitut an ersten Gemeinschaftsprojekten feilt. "Beispielsweise könnte in zukünftigen Festplatten eine Art Rechen mit vielen RTM-Spitzen die Bits eines rotierenden Datenträgers schreiben und lesen." Eine Idee, in die auch die Ergebnisse der Zürcher Forscher um Jascha Repp einfließen könnten.
Dieser Text ist der Zeitschriften-Ausgabe 09/2004 von Technology Review entnommen. Der Artikel steht auch als kostenpflichtiges pdf im Heise Kiosk zum Download bereit.
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