Physik

Physiker kontrollieren die Bewegungen von Atomen mit einer ultraschnellen "Atomhand"

Physiker kontrollieren die Bewegungen von Atomen mit einer ultraschnellen

Wenn Wissenschaftler am Anfang unserer Existenz herumspielen, erzielen sie unglaubliche Ergebnisse. Anfang dieses Jahres hat eine Gruppe von Physikern der Universität von Otago in Neuseeland gezeigt, dass es gelingt, Atome einzeln zu halten und ihre Wechselwirkungen zu untersuchen. Dies führte zu der Frage: Können wir ihre Bewegungen kontrollieren?

Es mag zunächst unvorstellbar klingen, aber Wissenschaftler aus Regensburg und Zürich haben es geschafft, die Bewegung eines Atoms mit atomaren Kräften innerhalb von weniger als einer Billionstelsekunde zu stechen.

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Wie haben die das getan?

1990 fanden Eigler und Schweizer mithilfe eines Rastertunnelmikroskops (STM) einen Weg, einzelne Xenonatome bei niedrigen Temperaturen mit atomarer Präzision auf einer einkristallinen Nickeloberfläche zu positionieren.

Das STM ist eine sehr alte Technologie, die 1982 erfunden wurde. Die Wissenschaftler aus Regensburg und Zürich haben sich von der Methode inspirieren lassen und sie auf die nächste Stufe gebracht. Dank der ziemlich scharfen Nadel des Mikroskops, mit der Atome erfasst und abgetastet wurden, konnten die Wissenschaftler einzelne Atome und sogar Moleküle steuern.

Sie nahmen die bereits vorhandenen Kräfte auf und verwendeten sie, um Moleküle zu lenken, indem sie Lichtimpulse auf die Nadel des Mikroskops strahlten.

Atome vibrieren mit einer Geschwindigkeit, mit der es nicht möglich ist, ihre Bewegung zu stören, geschweige denn sie zu lenken. Berichten zufolge ist ihre Bewegung schneller als Pikosekunden (1 ps = 0,000,000,000,001 s).

Was kommt als nächstes?

Der Grund, warum die Wissenschaftler beschlossen haben, es mit Licht zu untermauern, ist, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist und seine "oszillierende Trägerwelle" eine ultraschnelle Kraft erzeugen könnte. Die Kraft, die durch die Schwingung des Lichts auftauchte, konnte auf die Moleküle gerichtet werden. Der Hauptautor der neuen Studie, Dominik Peller, erklärt: "Auf diese Weise können wir die lichtexponierte Nadel als ultraschnelle Atomhand verwenden, um einzelne Atome des Moleküls zu drücken."

Überraschenderweise manipulierten Wissenschaftler buchstäblich die Rotation der Atome. Daher haben die Kräfte, die zur Steuerung der Atome eingesetzt werden, das Potenzial, die wichtigsten Prozesse in Chemie und Biologie zu verstehen und zu steuern, um in Zukunft Technologien für die Einzelmolekülelektronik zu entwickeln.


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