Forskare har lyckats kontrollera laddningstillståndet hos enstaka guldatomer

Upptäckten, som tidskriften Science skriver om den 23 juli, öppnar nya forskningsinriktningar från undersökning av laddningstillstånd hos enstaka atomer och atomklungor till kontroll av magnetiska moment och katalytisk aktivitet.

I och med detta har en ny nivå av kontroll av materiens byggstenar uppnåtts, som visar att man nu kan förändra den elektriska laddningen hos enstaka atomer, elektron för elektron. Den elektriska laddningen hos en atom är en fundamental egenskap som direkt påverkar atomens fysikaliska och kemiska egenskaper. Dessutom utgör upptäckten ett viktigt steg för att realisera en framtida atomskalig teknologi.

Alltsedan Eigler och Schweizer skrev ut bokstäverna “IBM” med 35 xenonatomer för 15 år sedan har forskare strävat efter en allt ökad kontroll av materiens byggstenar. Den utvecklingen startade med Richard Feynmanns vision av extrem miniatyrisering 1959 och hans klassiska föreläsning “There’s Plenty of Room at the Bottom”.

Laddningkontrollen hos enstaka guldatomer adsorberade på en ultatunn natriumklorid film på en kopparyta har utförts av Jascha Repp och Gerhard Meyer vid IBM Zurich forskningslaboratorium med hjälp av ett sveptunnelmikroskop, STM.

Fredrik E. Olsson och Mats Persson, vid Avdelningen för Tillämpad Fysik på Chalmers och Göteborgs universitet, står för den teoretiska tolkningen av experimentet. I överenstämmelse med experiment, visar de teoretiska studierna baserade på täthetsfunktionalberäkningar att en guldatom kan befinna sig i två olika laddningstillstånd: ett tillstånd som är nästan neutralt och ett negativt laddat tillstånd. De finner en enkel fysikalisk mekanism bakom denna bistabilitet som visar att detta fenomen bör vara allmänt förekommande för polära, isolerande ultratunna filmer på en metallyta.

Forskningssamarbetet mellan IBM Zurich och Chalmers har stötts inom det Europeiska nätverket rörande “Atomic and Molecular Manipulation as a new Tool for Science and Technology”.

Sveptunnelmikroskop, STM uppfanns av Binnig and Rohrer vid IBM Zurich forskningslaboratorium för tjugo år sedan och belönades med Nobelpris 1986.

Forskarnas arbete har uppmärksammats av en mängd internationella vetenskapstidskrifter.

Läs mer:
Charging the atom, one by one, Science 305, 483 (2004)

Kontaktinformation
Mer information:
Mats Persson
tel 031-772 3666, mobil 070 753 5666
e-post: tfymp@fy.chalmers.se