Ved hjælp af en nanogaffel er det lykkedes forskere fra IBM's forskningslaboratorium i Zürich, Schweiz at måle den elektriske ladning på et enkelt atom.
Det har tidligere været muligt at registrere spænding på atomniveau, men det har været spænding i forhold til den strøm, man sendte ind i det pågældende materiale. Men med den nye metode, der både bruger et såkaldt atom force microscope (AFM) og et scanning tunneling microscope (STM), er det lykkedes forskerne at måle forskelle i atomers ladning. Resultaterne af arbejdet er netop offentliggjort i Science.
Forsøgene er udført ved ekstremt lave temperaturer, -268 grader celsius, for at opnå den høje stabilitet, der er nødvendig for at gennemføre målingerne.
AFM eller nanogaflen ender i blot et enkelt atom, der er monteret på noget, der mest minder om en diminutiv stemmegaffel.
Ved at sætte en mikroskopisk strøm til gaflen og sætte den i svingninger ved gaflens naturlige svingningshastighed kan forskerne måle forskellen i svingningerne, når prøven kommer i nærheden af et andet elektrisk ledet materiale.
Nanogaflen kan måle udsving, der er mindre end et atom i størrelse, og det er lykkedes forskerne at måle om eksempelvis guld eller sølv har en elektron mere eller mindre. Forskerne har også kunnet registrere om atomerne var positivt eller negativt ladede.
Eksempelvis kunne forskerne måle, at tiltrækningskraften i neutralt guld og guld, der var ladet med en ekstra elektron, var omkring 11 piconewton, målt ved afstand på kun en halv nanometer over det pågældende atom.
Målenøjagtigheden angives af IBM til at være bedre end en piconewton, der er sammenlignelig med den tiltrækningskraft, der er mellem to voksne mennesker på en afstand af over 500 meter.
Fordelen ved at bruge AFM frem for STM er at man undgår, at det man skal undersøge skal være ledende. AFM er ligeglad med, om det undersøgte kan lede en strøm eller ej.
Muligheden for helt præcist at måle den strøm, der er på et atom, er et afgørende skridt videre i bestræbelserne på at lave mindre og hurtigere computere men også til at fremstille mere effektive solceller, oplyser IBM.
»AFM med enkelt-elektron-ladnings følsomhed er et vigtigt værktøj til at undersøge den elektriske overførsel i molekylære systemer, og give os vigtige informationer til, hvad der måske en dag vil føre til revolutionerende computerenheder og systemer,« siger Gerhard Meyer, der fører STM og AFM-relateret forskning på IBM's Zurich Research Laboratory i en pressemeddelse.
IBM: IBM scientists directly measure charge states of atoms using an atomic force microscope
