Český vědec v Science: manipulace s atomy

Mezinárodní vědecký tým v dnešním vydání časopisu Science představil novou metodu umožňující "psát" na povrch pevné látky pomocí jednotlivých atomů. Členem týmu je vedle odborníků z Japonska a Španělska také Pavel Jelínek z Fyzikálního ústavu Akademie věd.

Metoda umožňuje nejenom zápis, ale také kontrolované vymazání již vytvořených vzorů, a to při pokojové teplotě. To významným způsobem rozšiřuje možnosti praktického využití manipulace s atomy jak ve výzkumu vlastností různých látek, tak v nanotechnologiích, například ke zvýšení výkonnosti nanotranzistorů.

Možnosti nové metody tým demonstroval vytvořením chemické značky křemíku (Si) na povrchu tvořeném atomy cínu. Křemík byl zvolen záměrně, protože právě jeho atomy posloužily jako "inkoust".

Padla předchozí omezení

Manipulaci s jednotlivými atomy zvládli už v roce 1989 pracovníci IBM, kteří z atomů xenonu sestavili při teplotě -265 °C logo své firmy. Od té doby byly vyvinuty další metody umožňující kontrolovanou manipulaci jednotlivých atomů nebo molekul. Přesto stále existovalo několik problémů, které bránily jejich technologickému využití. "Psát" bylo možno pouze na vodivé materiály a zpravidla byl možný pouze přesun stávajících atomů na povrchu látky, nikoli skutečný zápis a mazání. Dosavadní metody navíc fungovaly pouze za velmi nízkých teplot blízkých absolutní nule.

Nová metoda všechny zmíněné problémy překonává, neboť umožňuje provádět atomární manipulaci na libovolném povrchu pevné látky při pokojové teplotě, a to pomocí kontrolovaného zápisu předem zvolenými atomy.

Mikroskop atomárních sil

Autoři využili takzvaný mikroskop atomárních sil (AFM), který umožňuje pracovat s vodiči, polovodiči i izolátory. Princip AFM je založen na změně oscilační frekvence hrotu o velikosti několika mikrometrů, který je upevněn na konci flexibilního raménka. Frekvence je přímo úměrná velikosti interakce se zkoumaným povrchem.

Pokud se hrot nachází dostatečně blízko zkoumaného povrchu (asi pět desetimiliontin milimetru) pak změna oscilační frekvence udává sílu chemické vazby mezi jednotlivými atomy na povrchu a vrcholovým atomem hrotu. Na základě interakce hrotu mikroskopu s povrchem pevné látky je tak možné provádět cílenou záměnu jednotlivých atomů.

Foto Science, SecretDisc/Wikimedia