La nanotecnologia è una scienza fiorente. I componenti per computer, ad esempio, stanno diventando ogni minuto più piccoli e precisi. Uno dei computer più efficienti sarebbe il cosiddetto computer quantistico. Fino ad ora, la sua esistenza è stata semplicemente un concetto basato sulle leggi della meccanica quantistica. Qui, la capacità di controllare lo stato dei singoli atomi è decisiva. Per la prima volta in assoluto, gli scienziati dell'Università di Kiel sono riusciti a spostare verticalmente singoli atomi all'interno di un cristallo. Questo è importante per l'ulteriore sviluppo delle nanostrutture. Contemporaneamente, i fisici hanno trovato un metodo per misurare un comportamento simile a un transistor di singoli atomi. Questi risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista scientifica Comunicazioni sulla natura (Gennaio, 3°, 2014) così come nel rinomato Lettere di revisione fisica .

Quando si producono nano strutture, La comprensione, l'analisi e la manipolazione dei materiali presentano grandi sfide. Un materiale ampiamente utilizzato e studiato per piezo-, micro-, e dispositivi optoelettronici è l'ossido di zinco (ZnO). Come semiconduttore è integrato in diodi a emissione di luce (LED) e display LCD. Anche, è usato come nanofili nella tecnologia di misurazione elettrica. Alcune delle sue proprietà – come la conduttività del materiale puro – non sono state finora comprese. Un passo importante verso la risoluzione di questo mistero è stato recentemente compiuto dal Dr. Hao Zheng, Il Dr. Alexander Weismann e il Professor Richard Berndt dell'Istituto di Fisica Sperimentale e Applicata dell'Università di Kiel. Durante la sperimentazione presso il Centro di ricerca collaborativa "Magnetoelectric Composites – Future Biomagnetic Interfaces, " Zheng stava analizzando l'ossido di zinco con il microscopio a effetto tunnel (STM). Questo dispositivo è in grado di visualizzare i cristalli su scala atomica. Ha scoperto strutture circolari nella superficie altrimenti irregolare. "Abbiamo scoperto che sono il risultato di atomi di zinco che erano posizionato in modo errato nel reticolo cristallino", dice Zheng.

Ciascuno degli atomi scoperti presentava due anelli, una chiara prova che può donare due elettroni. "Abbiamo studiato tutta la letteratura scientifica per scoprire che nessuno aveva finora dimostrato perché l'ossido di zinco è conduttivo. La conclusione logica è stata che la ragione deve risiedere negli atomi di zinco appena trovati, che si trovano naturalmente in questo materiale."

Ulteriori ricerche hanno portato il Dr. Zheng a scoprire che la dimensione dell'anello potrebbe essere variata durante l'esposizione a esperimenti nel microscopio a effetto tunnel. Chiese l'aiuto del collega Weismann, che è un esperto per il calcolo del modello. "Il calcolo ha suggerito che il diametro dell'anello ha rivelato qualcosa sulla profondità degli atomi sotto la superficie", dice Weismann. Con questo era chiaro che Zheng aveva scoperto un modo per cambiare la posizione di un atomo della larghezza di un singolo atomo. "Questa è la prima volta che un singolo atomo viene spostato in modo controllabile all'interno di un cristallo con precisione atomica", Weismann sottolinea. "Questa capacità sarà utile durante la progettazione di nano strutture nei laboratori".

Insieme alle altre loro scoperte, gli scienziati della Kiel University hanno notato un comportamento simile a quello dei transistor. Questo componente, che viene utilizzato nei computer a milioni, di solito richiede tre elettrodi di contatto. Quando si lavora con nano strutture come gli atomi, che misurano solo 0,3 nanometri, tre elettrodi causerebbero inevitabilmente un cortocircuito. "Con l'aiuto dell'STM abbiamo scoperto un metodo che richiede solo due elettrodi, uno dei quali è mobile." Anche questo è un passo importante per la gestione delle nanostrutture.