Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues aus der Materialphysik: Einzelne Siliziumatome in Graphen verschoben

12.09.2014

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 ForscherInnen im renommierten Journal "Physical Review Letters", wie ihre Experimente mit Hilfe spezialisierter Mikroskopie-Techniken und aufwendiger Computerberechnungen glückten.


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

Toma Susi, Universität Wien


Materialphysiker Toma Susi

Copyright: Peter Rigaud, Universität Wien

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 ForscherInnen 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 ForscherInnen 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."

Publikation in Physical Review Letters:
Silicon-carbon bond inversions driven by 60 keV electrons in graphene: T. Susi, J. Kotakoski, D. Kepaptsoglou, C. Mangler, T.C. Lovejoy, O.L. Krivanek, R. Zan, U. Bangert, P. Ayala, J.C. Meyer & Q. Ramasse. Physical Review Letters, August 2014.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.115501

Video Animation:
Visualisierung der Silizium-Kohlenstoff-Bindungsinversion
http://youtu.be/44qT1PcqPFI

Video Abstract:
Erstautor Toma Susi erklärt sein Forschungsprojekt
http://youtu.be/WCl7DFVVC-M

Blogeintrag Toma Susi (Mostly physics):
"Moving silicon atoms in graphene with atomic precision"
http://mostlyphysics.wordpress.com/2014/09/11/story-of-another-article/

Wissenschaftlicher Kontakt
Dr. Toma Susi

Tailored Hybrid Structures
Elektronische Materialeigenschaften
Fakultät für Physik
Universität Wien
1090 Wien, Boltzmanngasse 5

T +43-1-4277-726 14
M +43-664-527 3054
toma.susi@univie.ac.at

Rückfragehinweis
Mag. Veronika Schallhart
Pressebüro der Universität Wien
Forschung und Lehre
1010 Wien, Universitätsring 1
T +43-1-4277-175 30
M +43-664-602 77-175 30
veronika.schallhart@univie.ac.at

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 Bildungsstätte: An der Universität Wien sind derzeit rund 92.000 nationale und internationale Studierende inskribiert. Mit über 180 Studien verfügt sie über das vielfältigste Studienangebot des Landes. Die Universität Wien ist auch eine bedeutende Einrichtung für Weiterbildung in Österreich. 1365 gegründet, feiert die Alma Mater Rudolphina Vindobonensis im Jahr 2015 ihr 650-jähriges Gründungsjubiläum. www.univie.ac.at

Alexandra Frey | Universität Wien

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Schnell wachsende Galaxien könnten kosmisches Rätsel lösen – zeigen früheste Verschmelzung
26.05.2017 | Max-Planck-Institut für Astronomie

nachricht 3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind
24.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften