All materia består av atomer, som är för små för att se utan kraftfulla moderna instrument inklusive elektronmikroskop. Samma elektroner som bildar bilder av atomstrukturer kan också användas för att flytta atomer i material. Denna teknik för enatomsmanipulation, banbrytande av forskare vid Wiens universitet, kan nu uppnå nästan perfekt kontroll över rörelsen av enskilda kiselföroreningsatomer inom grafengittret, det tvådimensionella arket av kol. De senaste resultaten rapporteras i den vetenskapliga tidskriften Nanobokstäver .

Som en epokgörande prestation inom nanoteknik, scanningstunnelmikroskopet har sedan slutet av 1980-talet kunnat flytta atomer över ytor, och har tills helt nyligen varit den enda teknologin som kan flytta enskilda atomer på ett så kontrollerat sätt. Nu, scanning transmission electron microscope (STEM) kan på ett tillförlitligt sätt fokusera en elektronstråle med subatomär precision, tillåta forskare att direkt se varje atom i tvådimensionella material som grafen, och även att rikta in enstaka atomer med strålen. Varje elektron har en liten chans att spridas tillbaka från en kärna, ger den en kick i motsatt riktning.

Bygger på arbete som publicerats under de senaste åren, ett forskarlag vid universitetet i Wien ledd av Toma Susi har nu använt det avancerade elektronmikroskopet Nion UltraSTEM100 för att flytta enstaka kiselatomer i grafen med verklig atomär precision. Även med manuell drift, den uppnådda rörelsehastigheten är redan jämförbar med den senaste tekniken i vilken atomärt exakt teknik som helst. "Den kontroll vi kan uppnå genom att i huvudsak rikta elektronstrålen för hand är redan anmärkningsvärd, men vi har tagit de första stegen mot automatisering genom att detektera hoppen i realtid, " säger Susi. De nya resultaten förbättrar också teoretiska modeller av processen genom att inkludera simuleringar av samarbetspartners i Belgien och Norge.

Totalt, forskarna registrerade nästan 300 kontrollerade hopp. Utöver utökade banor eller rör sig runt en enda hexagon gjord av kolatomer i grafen, en kiselförorening kan flyttas fram och tillbaka mellan två angränsande gallerplatser åtskilda av en tiondels miljarddels meter, som att vrida på en strömbrytare i atomstorlek. I princip, detta kan användas för att lagra en bit information med rekordhög densitet. Dr Susi avslutar, "Din dator eller mobiltelefon kommer inte att ha atomminnen när som helst snart, men atomer av grafenföroreningar verkar ha potential som bitar nära gränserna för vad som är fysiskt möjligt."