Je leest:

Tuinslang voor atomen

Tuinslang voor atomen

Auteur: | 4 mei 2004

Een nanobuisje van koolstof kan dienstdoen als een transportband voor atomen. De mogelijkheid om een stroom deeltjes naar precieze locaties te brengen, vult een lege plaats in de nano-gereedschapskist.

Onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory transformeerden koolstofnanobuisjes tot een transportband die vele atomen tegelijk heen en weer verplaatst. Afhankelijk van de spanning die zij over de buisjes zetten, bewegen de atomen met controleerbare snelheid naar links of naar rechts. De resultaten van hun onderzoek, beschreven in Nature, hebben toepassingen in het maken van allerlei minuscule apparaten.

Artist’s concept van indium op een koolstofnanobuis. De vinding van Chris Regan en zijn collega’s maakt het mogelijk groepen atomen met grote precisie op hun plek te plaatsen. bron: Zettl Research GroupKlik op de afbeelding voor een grotere versie.

“We vervoeren de atomen niet meer één voor één”, zegt medeauteur Chris Regan van de afdeling materiaalwetenschappen van het laboratorium, “het transport werkt meer zoals een tuinslang.” De koolstof ‘tuinslang’ voert een stroom deeltjes gecontroleerd naar precieze locaties.

Dit soort gereedschap ontbrak nog in de nanotechnologie. Door het mixen van chemicaliën kunnen miljoenen atomen tegelijkertijd naar miljoenen plaatsen gebracht worden. Deze techniek is snel en ver ontwikkeld, maar nog altijd niet nauwkeurig genoeg om apparaten op atomaire schaal mee te bouwen. Aan de andere kant spelden onderzoekers van IBM in 1990 hun bedrijfslogo met 35 xenonatomen, gebruikmakend van een scanning-tunneling-microscoop. Deze techniek is wel nauwkeurig, maar ook erg langzaam. “Het was óf snel alle deeltjes tegelijk, óf langzaam één voor één”, zegt Regan. “Onze techniek combineert een ongelofelijke precisie met een redelijke snelheid.”

Vier opnames van de transportband in actie. De afbeeldingen zitten 60 seconde uit elkaar. Atomen uit de linker-kristallen bewegen naar de rechter-kristallen. bron: Zettl Research GroupKlik op de afbeelding voor allevier de plaatjes.

Tandpasta

Nanobuisjes zijn grote moleculen, die enkel bestaan uit koolstofatomen. Ze hebben de vorm van een holle cilinder en zijn zo’n tienduizend keer kleiner dan een mensenhaar. Sinds hun ontdekking zijn ze verwerkt in wrijvingsloze dragers, telescoopbuizen en de kleinste dioden (werkende op kamertemperatuur) ter wereld.

Schematische afbeelding van een koolstof nanobuis. In een single-walled carbon nanotube heeft elk koolstof-atoom drie buren. Het complete molecuul is een lange koolstofbuis. bron: Purdue University

In hun experiment verdampen de onderzoekers het metaal indium waarna de atomen als afzonderlijke kristallen op de koolstofbuisjes neerdalen. Het wolfraamuiteinde van een ‘nanomanipulator’ zet een kleine elektrische spanning over één van de buisjes. Een transmissie-elektronenmicroscoop maakt zichtbaar hoe de verhitte indiumatomen zich ophopen terwijl ze over het koolstof kruipen (vergelijkbaar met het leegknijpen van een tube tandpasta). Hoe hoger de spanning, hoe sneller de deeltjes bewegen.

Bovendien brengt een omgekeerde spanning de deeltjes weer terug naar hun oorspronkelijk positie. Dankzij een proces dat oppervlaktediffusie heet, gaat hierbij geen enkel atoom verloren. “Ons transportsysteem is simpel en omkeerbaar”, zegt Regan. “Alles wat je nodig hebt is een nanobuisje, een spanningsbron en iets dat je wil vervoeren.”

Dit artikel is een publicatie van Natuurwetenschap & Techniek.
© Natuurwetenschap & Techniek, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 04 mei 2004

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.