Assemblaggio automatizzato di singoli atomi di cobalto su una superficie di rame atomicamente piatta in forme geometriche semplici, una piazza, un triangolo, e un cerchio. Da sinistra a destra, ogni figura mostra la configurazione dopo ogni spostamento dell'atomo. Dimensione dell'immagine 15 nm × 15 nm. Centro:Assemblaggio perfetto del logo NIST dopo quattro fasi di assemblaggio automatizzato. Dimensione dell'immagine 40 nm × 17 nm. Tutte le immagini sono mostrate in vista dall'alto 3D a colori con ombre chiare con un intervallo di altezza di ≈100 pm.
I ricercatori del NIST hanno dimostrato l'assemblaggio autonomo controllato da computer di atomi in perfette nanostrutture utilizzando un microscopio a effetto tunnel a scansione a bassa temperatura. I risultati, pubblicato in un articolo invitato in Rassegna di strumenti scientifici , mostrano la costruzione senza intervento umano di nanostrutture bidimensionali confinate quantistiche utilizzando singoli atomi o singole molecole su una superficie di rame.
Uno degli obiettivi principali della nanotecnologia è sviluppare le cosiddette tecnologie "bottom up" per disporre la materia a piacimento posizionando gli atomi esattamente dove li si vuole per costruire nanostrutture con proprietà o funzioni specifiche. I ricercatori, guidato da Robert Celotta e Joseph Stroscio del CNST, hanno dimostrato i primi passi verso il raggiungimento di tale capacità utilizzando la modalità di manipolazione degli atomi di un microscopio a effetto tunnel (STM) in combinazione con algoritmi di movimento autonomo.
Il gruppo, che include Stephen Balakirsky (precedentemente in EL e ora in Georgia Tech), Aaron Fein (PML), Frank Hess (precedentemente nel CNST), e Gregory Rutter (precedentemente nel CNST e ora in Intel), utilizzato algoritmi autonomi per manipolare singoli atomi e molecole, proprio come gli algoritmi per la guida in auto "a mani libere". Il sistema funziona prima scansionando le posizioni degli atomi disponibili sulla superficie. Quindi specifica le coordinate desiderate degli atomi di una nanostruttura, e calcola e dirige autonomamente le traiettorie per la punta della sonda STM per spostare tutti gli atomi nelle posizioni desiderate.
Il team è stato in grado di dimostrare di poter costruire autonomamente atomi di cobalto in nanostrutture che confinano le proprietà quantistiche degli elettroni di superficie del rame. Ha quindi utilizzato l'STM per misurare tali proprietà. Oltre a dimostrare la costruzione di nanostrutture fatte di atomi, hanno dimostrato che era possibile costruire reticoli su scala nanometrica fatti di molecole di monossido di carbonio e creare punti quantici interagenti su misura formati da vacanze nei reticoli di monossido di carbonio.
I ricercatori ritengono che un approccio basato sulla costruzione autonoma di atomi e molecole utilizzando questa tecnica potrebbe essere la base per un kit di strumenti facilmente accessibile per la produzione di stati quantistici su misura con applicazioni nell'elaborazione delle informazioni quantistiche e nella nanofotonica.
