Flipperen met atomen
Onderzoekers van de Universiteit Twente en de Stichting FOM hebben een
soort atomaire flipperkast gemaakt. Twee paren moleculen van elk twee
atomen trillen op een manier die doet denken aan de flippers in een
flipperkast. De bevindingen van de onderzoekers verschenen op 10
september online bij het tijdschrift Nano Letters en zullen binnenkort
het omslagverhaal van dat tijdschrift vormen.
De experimenten bieden een blik op manipuleerbare bewegingen van de
kleinste moleculen. De resultaten zijn van belang omdat het maken van
elektronische schakelingen van slechts enkele atomen alleen maar zin
heeft als die atomen zich naar wens gedragen. Ongecontroleerde
verplaatsing van één atoom kan de werking van de schakeling meteen
drastisch veranderen.
Als je onder ultrahoog vacuüm platina-atomen aanbrengt op een
ondergrond van een germanium (001) kristaloppervlak en je laat de
temperatuur stijgen, dan ontstaan lange rechte draden van maar één
atoom breed. Daarmee is dit een dankbaar modelsysteem om het gedrag
van atoomdraden te bestuderen. Dergelijke draden kunnen een enorme
verscheidenheid aan verschijnselen vertonen. Zo hebben de atomen de
neiging paren te vormen, zogeheten dimeren.
Een STM-weergave van een germaniumoppervlak bedekt met atomaire ketens
bestaande uit dimeren. In B is zo'n paar, een dimeer, te zien. In C en
D is zichtbaar dat het dimeer heen en weer schommelt. Dat gaat te snel
voor de STM, zodat het beeld in stukken uiteen lijkt te vallen. In de
bijlage is een filmpje van deze beweging te zien. De scanrichting is
van boven naar beneden en van links naar rechts.
Flippers
Onderzoekers in de groep van prof. Harold Zandvliet van het MESA+
Instituut voor Nanotechologie van de UT, experts in atomaire draden,
hebben nu ontdekt dat onder bepaalde omstandigheden sommige van deze
dimeren in beweging gebracht kunnen worden. Eén van de twee atomen van
dimeer staat daarbij stil, terwijl het andere atoom gaat bewegen.
Datzelfde geldt ook voor het naburige dimeer. Deze beweging blijkt nu
met behulp van een elektrische stroom door een scanning tunneling
microscoop (STM) te sturen. Een STM bestaat in wezen uit een ragfijn
naaldje dat aan zijn uiteinde maar één atoom dik is en heel dicht over
een oppervlak wordt geleid. Met een klein spanningsverschil tussen het
oppervlak en de punt van de naald kan de vorm van het oppervlak tot op
afzonderlijke atomen nauwkeurig worden bepaald. Dat maakt het ook
mogelijk de beweging van atomen te registreren. De metingen wijzen uit
dat de paren samen zes verschillende trillingsbewegingen kunnen
uitvoeren. Er is één soort beweging waarbij één dimeer flippert,
terwijl de andere stilstaat; deze trillingsbeweging is in vier
varianten mogelijk. Bij een andere beweging flipperen de beide dimeren
in fase of uit fase. Samen zijn dat dus zes verschillende
trillingsmodi. De bewegingen van de paren doen denken aan die van de
flippers in een flipperkast. De metingen met de scanning tunneling
microscoop verraden de bewegingen wel, maar ze zijn zelf te snel om
afzonderlijk afgebeeld te worden door de microscoop.
Schommelend dimeerpaar
De schommelende beweging van een dimeerpaar. Bij oranje wijzen beide
paren omlaag, bij blauw wijzen ze omlaag-omhoog en omgekeerd en bij
geel allebei omhoog. De bewegingen vinden plaats in een vlak dat
parallel ligt aan het oppervlak.
Door de tunnelstroom die tussen de STM naald en het oppervlak vloeit
iets te variëren, kunnen de onderzoekers de flipperfrequentie
instellen. Vloeit er geen stroom, dan bewegen beide flippers niet. Of
het flipperen ook voor toepassingen kan worden gebruikt, is overigens
zeer de vraag. Het belang zit hem in de mogelijkheid met dit systeem
aspecten van het gedrag van dimeren in atomaire nanodraden te
bestuderen.
Het artikel `Playing pinball with atoms' van Amirmehdi Saedi, Arie van
Houselt, Raoul van Gastel, Bene Poelsema en Harold Zandvliet
verschijnt binnenkort in Nano Letters. Dit persbericht is tot stand
gekomen in samenwerking met de Stichting FOM.
Meer informatie bij prof.dr. Harold Zandvliet, telefoon (053) 489 30
91 of Wiebe van der Veen, afd. Communicatie, tel. (053) 489 4244
Top
Laatst gewijzigd op 17-09-2008 15:27:09 door Webmaster
Universiteit Twente