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Forscher verschieben einzelne Siliziumatome in Graphen

Mit Hilfe eines Elektronenstrahls ist es Forschern der Uni Wien gelungen, einzelne Siliziumatome in einer Graphenschicht zu versetzen. Die Technik könnte den Weg weisen, neue Strukturen gezielt aus einzelnen Atomen aufzubauen.

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Toma Susi, Physiker und FWF-Lise-Meitner-Stipendiat an der Universität Wien

(Bild: Peter Rigaud, Universität Wien)

Weltweit dient Wissenschaftlern Graphen als hochinteressantes Forschungsobjekt. Das Material besteht nur aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen. Die einzelnen Atome darin lassen sich mit einem Elektronenmikroskop abbilden. Nun ist es einer Forschergruppe um den Physiker Toma Susi an der Universität Wien erstmals gelungen, sogar einzelne Siliziumatome in einer dotierten Graphenschicht zerstörungsfrei zu bewegen. Die gemeinsam mit Forscher-Teams aus Großbritannien und den USA erzielten Ergebnisse wurden im Fachjournal "Physical Review Letters" veröffentlicht.

Für die Forschungsarbeiten an dem mit Siliziumatomen dotierten Graphen stand den Wissenschaftlern ein modernes Ultra-Hochvakuum-Raster-Transmissionselektronenmikroskop mit einer Auflösung von weniger als einem Ångström (Zehnmillionstel Millimeter) zur Verfügung. "Wir kamen mithilfe detaillierter Computersimulationen zum Schluss, dass das Material durch Beschuss mit Elektronen manipuliert werden kann, ohne dieses zu beschädigen. Dafür haben wir eine Beschleunigungsspannung von 60.000 Volt benötigt", erklärt Susi.

Unter gezieltem Beschuss ließen sich die jeweiligen Nachbaratome eines Siliziumatoms aus ihrer Position drängen, sodass es zu einem Platzwechsel von Kohlenstoff- und Siliziumatom kam. Diesen Prozess konnten die Forscher regelmäßig wiederholen. "Was unsere Ergebnisse wahrlich beeindruckend macht, ist, dass dieser Platzwechselprozess steuerbar ist, da das Siliziumatom immer an die Stelle, die vom Elektronenstrahl getroffen wird, springt", betont Susi. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten für die gezielte Erzeugung von Strukturen aus einzelnen Atomen. "Vielleicht sehen wir bald neue Quantenstrukturen oder das Logo einer Universität – geschrieben aus Siliziumatomen in Graphen", spekuliert der Physiker. (map)

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