Tutta la materia è composta da atomi, che sono troppo piccoli per essere visti senza potenti strumenti moderni, inclusi i microscopi elettronici. Gli stessi elettroni che formano le immagini delle strutture atomiche possono essere utilizzati anche per spostare gli atomi nei materiali. Questa tecnica di manipolazione di un singolo atomo, sperimentato dai ricercatori dell'Università di Vienna, è ora in grado di ottenere un controllo quasi perfetto sul movimento dei singoli atomi di impurità di silicio all'interno del reticolo del grafene, il foglio bidimensionale di carbonio. Gli ultimi risultati sono riportati sulla rivista scientifica Nano lettere .

Come un risultato epocale nella nanotecnologia, il microscopio a scansione a effetto tunnel dalla fine degli anni '80 è stato in grado di spostare gli atomi sulle superfici, ed è stata fino a poco tempo fa l'unica tecnologia in grado di muovere i singoli atomi in modo così controllato. Ora, il microscopio elettronico a trasmissione a scansione (STEM) è in grado di focalizzare in modo affidabile un fascio di elettroni con precisione subatomica, permettendo agli scienziati di vedere direttamente ogni atomo in materiali bidimensionali come il grafene, e anche per colpire singoli atomi con il raggio. Ogni elettrone ha una piccola possibilità di disperdersi da un nucleo, dandogli un calcio nella direzione opposta.

Basandosi sui lavori pubblicati negli ultimi anni, un team di ricerca dell'Università di Vienna guidato da Toma Susi ha ora utilizzato l'avanzato microscopio elettronico Nion UltraSTEM100 per spostare singoli atomi di silicio nel grafene con una precisione davvero atomica. Anche con il funzionamento manuale, la velocità di movimento raggiunta è già paragonabile allo stato dell'arte in qualsiasi tecnica atomicamente precisa. "Il controllo che siamo in grado di ottenere dirigendo essenzialmente a mano il fascio di elettroni è già notevole, ma abbiamo ulteriormente mosso i primi passi verso l'automazione rilevando i salti in tempo reale, " afferma Susi. I nuovi risultati migliorano anche i modelli teorici del processo includendo simulazioni da parte di collaboratori in Belgio e Norvegia.

In totale, i ricercatori hanno registrato quasi 300 salti controllati. Oltre ai percorsi estesi o al movimento attorno a un singolo esagono fatto di atomi di carbonio nel grafene, un'impurità di silicio potrebbe essere spostata avanti e indietro tra due siti reticolari vicini separati da un decimo miliardesimo di metro, come lanciare un interruttore di dimensioni atomiche. In linea di principio, questo potrebbe essere usato per memorizzare un bit di informazione a una densità record. Il dottor Susi conclude, "Il tuo computer o cellulare non avrà memorie atomiche in qualunque momento presto, ma gli atomi di impurità di grafene sembrano avere un potenziale come bit vicino ai limiti di ciò che è fisicamente possibile".