Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

Einzelne Siliziumatome in Graphen verschoben

16.09.2014

Toma Susi, Universität Wien

Aufgrund seiner relativen Größe ragt das Siliziumatom aus der Graphen-Ebene heraus

Seit einigen Jahren ist es möglich, einzelne Atome mit Hilfe eines Elektronenmikroskops abzubilden. Besonders eindrucksvoll gelingt dies bei Graphen, einer nur ein Atom dicken Schicht aus Kohlenstoffatomen. Einer Gruppe rund um Toma Susi, Physiker an der Universität Wien, ist es nun in Kooperation mit Teams aus Großbritannien und den USA gelungen, einzelne Siliziumatome im Graphen-Gitter zerstörungsfrei zu bewegen. Aktuell berichten die Forscher im Journal "Physical Review Letters", wie ihre Experimente mit Hilfe spezialisierter Mikroskopie-Techniken und aufwendiger Computerberechnungen glückten.

Bereits 1959 hat der Physiker Richard Feynman die berühmte Frage gestellt, ob es jemals möglich sein wird, einzelne Atome sehen und sogar bewegen zu können. Lange Zeit galt seine Vision eher als Science Fiction, aber Schritt für Schritt wurde diese Vision durch die moderne Mikroskopie zur Realität im wissenschaftlichen Alltag. Bei solchen Untersuchungen können jedoch manchmal Schäden am erforschten Material entstehen.

High-Tech-Mikroskop ermöglichte Forschungserfolg

In der aktuellen Studie wurde Graphen, eine nur ein Atom dicke Lage aus Kohlenstoffatomen, in die einzelne Siliziumatome eigebettet sind, getestet. Die Siliziumatome ragen aufgrund ihres Größenunterschiedes aus der Ebene der Kohlenstoffatome heraus. "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", so Toma Susi, Erstautor und FWF-Lise-Meitner-Stipendiat an der Universität Wien: "Voraussetzung für diese High-Tech-Experimente ist ein modernes hochauflösendes Ultra-Hochvakuum-Raster-Transmissionselektronenmikroskop, von denen es derzeit weltweit nur etwa zehn gibt. Die Universität Wien verfügt über ein derartiges Gerät, das mit einer Auflösung von weniger als ein Ångström, das ist ein Zehnmillionstel Millimeter, nahezu alle atomaren Abstände auflösen kann. Damit habe ich meine komplexen Untersuchungen durchgeführt." Das Team in Daresbury (UK) arbeitete ebenfalls mit einem solchen Mikroskop.

Vergleich der Messergebnisse mit Computersimulationen

Die Computerberechnungen haben gezeigt, dass Kohlenstoffatome in unmittelbarer Nachbarschaft der Siliziumatome weniger stark gebunden sind als jene Kohlenstoffatome, die weit entfernt von den Siliziumatomen liegen. Dadurch können die Forscher mit dem Elektronenstrahl ein Nachbaratom eines Siliziumatoms nur gerade soweit aus dem Gitter stoßen, dass das Siliziumatom und das Kohlenstoffatom ihre Plätze tauschen. Dieser Platztausch wurde von beiden Forschungsteams direkt im Elektronenmikroskop beobachtet. Durch Analyse von etwa 40 solcher aufgenommenen Prozesse konnten die Forscher herausfinden, dass es sich bei dem Platztausch um einen stochastischen Prozess handelt und dessen Wahrscheinlichkeit bestimmen. Ein direkter Vergleich der Messergebnisse mit den Computersimulationen zeigte eine beeindruckende Übereinstimmung.

Elektronenstrahl steuert Platzwechsel der Siliziumatome

Neben der Bedeutung für die Physik eröffnen diese Ergebnisse sehr vielversprechende Möglichkeiten für die gezielte Erzeugung von Strukturen aus einzelnen Atomen. "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", so Toma Susi, Physiker an der Universität Wien. "Das ermöglicht uns, die Bewegung jedes einzelnen Siliziumatoms auf das Genaueste zu steuern. Vielleicht sehen wir bald neue Quantenstrukturen oder das Logo einer Universität – geschrieben aus Siliziumatomen in Graphen."

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Rastertransmissions…
Mehr über Universität Wien
  • News

    Auch in der Chemie sind aller guten Dinge drei

    Alkene gelten aufgrund ihrer reaktiven Doppelbindung als wichtige Ausgangsbasis für viele Grundstoffe der chemischen Industrie. Das Team um Nuno Maulide von der Fakultät für Chemie der Universität Wien hat nun einen neuen Prozess entwickelt, der die Synthese dieser chemischen Verbindungen v ... mehr

    3D-Struktur von außergewöhnlichem Naturwirkstoff definiert

    Durch geschickte chemische Synthese gelang es Katharina Pallitsch von der Fakultät für Chemie, die räumliche Struktur eines erst kürzlich entdeckten Phosphonats aufzuklären, welches in Zukunft als medizinischer Wirkstoff Anwendung finden könnte. Dies ist ein erster, wichtiger Schritt auf de ... mehr

    Mit künstlicher Intelligenz zum chemischen Fingerabdruck

    Forschern an den Universitäten Wien und Göttingen ist es gelungen, eine auf künstlicher Intelligenz aufbauende Methode zur Vorhersage von molekularen Infrarotspektren zu entwickeln. Diese chemischen "Fingerabdrücke" konnten von gängigen Vorhersagetechniken bislang nur für kleine Moleküle in ... mehr

  • Videos

    Wenn Chemiker mit Molekülen spielen

    Nuno Maulide und Leticia González von der Uni Wien haben eine neue Reaktion entwickelt, um sogenannte Heterozyklen billiger und umweltfreundlicher herzustellen. mehr

  • Universitäten

    Department für Ernährungswissenschaften

    Das Department für Ernährungswissenschaften ist das einzige dieser Art an einer östereichischen Universität. Es beschäftigt sich daher als einzige universitäre Einrichtung mit allen Fragen rund um die Ernährung des Menschen in Forschung und Lehre. mehr

    Universität Wien

    Die Universität Wien ist eine der ältesten und größten Universitäten Europas: An 15 Fakultäten und vier Zentren arbeiten rund 9.700 MitarbeiterInnen, davon 6.900 WissenschafterInnen. Die Universität Wien ist damit auch die größte Forschungsinstitution Österreichs sowie die größte Bildungsst ... mehr

  • q&more Artikel

    Superfood & Alleskönner?

    Egal, ob die Web-Community abnehmen oder sich gesund ernähren will, Chia, das Superfood, ist immer dabei und gilt manchen als „Alleskönner“. Einschlägige Internet-Foren kommunizieren die verschiedensten Rezepte von Chia-Pudding und Chia Fresca, gefolgt von solchen für Muffins und sogar Marm ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Susanne Till

    Jg. 1955, ist Universitätslehrerin und seit über 30 Jahren am Department für Ernährungswissenschaften der Universität Wien. Schwerpunkte in der Lehre der promovierten Biologin (Hauptfach Botanik) sind Botanik und Biologie, Gewürze und einheimische Wildpflanzen in der Humanernährung sowie Qu ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.