Het principe van een rastertunnelmicroscoop

Onderzoekers uit Spanje, Portugal, Engeland en Duitsland hebben een manier ontwikkeld om de magnetische oriëntatie van afzonderlijke atomen te veranderen.  Die oriëntatie wordt veranderd door de elektrische koppeling met naburige atomen te veranderen, waarmee je een soort aan/uit- of 0/1-toestand kan creëren. Deze ontwikkeling biedt zicht op uiterst verfijnde structuren en systemen voor de opslag en verwerking van gegevens.
Als je twee magneten bij elkaar in de buurt legt, dan zullen ze zo gaan liggen dat de noord- en de zuidpool het dichtst bij elkaar komen te liggen. Hoe dat precies gebeurt is afhankelijk van de vorm van de magneet. Dat verschijnsel heet magnetische anisoptropie. De atomen van zo’n magneet zijn zelf ook magneten, maar de magnetische anisotropie, zeg maar richting van het magneetveldje van het atoom, wordt bepaald door de positie en lading van de naburige atomen. Als je dat mechanisme zou kunnen sturen heb je, in principe althans, een systeem op nanoschaal in handen voor het opslaan van gegevens of het verwerken ervan.
De onderzoekers gebruikten voor het ‘manipuleren’ van de magneetveldrichting een rastertunnelmiscroscoop. Zo’n microscoop gebruikt elektrische spanningsverschillen om een zeer nauwkeurig beeld te krijgen van een monster en lijkt qua werking een beetje op de atoomkrachtmicroscoop. Ze gebruikten die microscoop om de magneetvelden van afzonderlijke kobaltatomen te veranderen die op een koperoppervlak lagen, bedekt met een isolerende laag kopernitride ter dikte van een atoom. Het ’tokkelen’ van de kobaltatomen ging gepaard met een grote verandering van een ander fenomeen: het Kondo-effect. Dat ontstaat door de wisselwerking tussen het magnetische atoom en een nabij metaalatoom.  Aan de hand van theoretische en rekenkundige modellen kwamen de onderzoekers er achter dat de elektronenwisselwerking tussen het kopersubstraat en de magnetische atomen (kobalt) ook een belangrijke rol kunnen spelen in het bepalen van de magnetische anisotropie van een atoom. “Elektrische sturing van een eigenschap die vroeger alleen door verandering van de structuur kon worden teweeg gebracht, opent mogelijkheden voor de kleinst denkbare systemen voor de opslag en verwerking van gegevens en sensoriek” zegt onderzoeker Cyrus Hirjibehedin van het centrum voor nanotechnologie in Londen, een van de deelnemende instituten. Die nanosystemen kunnen gebruik maken van een veldeffect dat ook de meeste transistors ‘aandrijft’. De ontwikkeling is ook gunstig voor het milieu, stellen de onderzoekers, omdat die geen gebruik maakt van weinig voorkomende elementen (zeldzame aarden), die worden gewonnen ten koste van grote mileuschade. Die worden nu veel in de elektronica van, onder meer, mobiel telefoons gebruikt.

Bron: Science Daily