La nanotechnologie est une science florissante. Les pièces pour ordinateurs, par exemple, deviennent de plus en plus petites et précises de minute en minute. L'un des ordinateurs les plus efficaces serait ce qu'on appelle l'ordinateur quantique. Jusqu'à maintenant, son existence n'a été qu'un concept basé sur les lois de la mécanique quantique. Ici, la capacité de contrôler l'état d'atomes isolés est décisive. Pour la toute première fois, des scientifiques de l'Université de Kiel ont réussi à déplacer verticalement des atomes isolés à l'intérieur d'un cristal. Ceci est important pour le développement ultérieur des nanostructures. Simultanément, les physiciens ont trouvé une méthode pour mesurer un comportement de type transistor d'atomes isolés. Ces résultats ont récemment été publiés dans le magazine scientifique Communication Nature (Janvier, 3e, 2014) ainsi que dans le célèbre Lettres d'examen physique .

Lors de la fabrication de nanostructures, la compréhension, l'analyse et la manipulation des matériaux présentent des défis majeurs. Un matériau largement utilisé et étudié pour piézo-, micro-, et les dispositifs optoélectroniques est l'oxyde de zinc (ZnO). En tant que semi-conducteur, il est intégré dans des diodes électroluminescentes (LED) et des écrans LCD. Aussi, il est utilisé comme nanofils dans la technologie de mesure électrique. Certaines de ses propriétés, telles que la conductivité du matériau pur, n'ont pas encore été comprises. Une étape majeure vers la résolution de ce mystère a été récemment franchie par le Dr Hao Zheng, Le Dr Alexander Weismann et le professeur Richard Berndt de l'Institut de physique expérimentale et appliquée de l'Université de Kiel. En expérimentant au Centre de Recherche Collaboratif « Composites magnétoélectriques – Futures interfaces biomagnétiques, " Zheng analysait l'oxyde de zinc avec le microscope à effet tunnel (STM). Cet appareil est capable d'imager des cristaux à l'échelle atomique. Il a découvert des structures circulaires dans la surface autrement irrégulière. " Nous avons découvert qu'elles sont le résultat d'atomes de zinc qui ont été mal positionné dans le réseau cristallin", dit Zheng.

Chacun des atomes découverts comportait deux anneaux - une preuve claire qu'il peut donner deux électrons. "Nous avons étudié toute la littérature scientifique pour découvrir que personne n'avait jusqu'à présent prouvé pourquoi l'oxyde de zinc est conducteur. La conclusion logique était que la raison doit résider dans les atomes de zinc nouvellement trouvés, qui se produisent naturellement dans ce matériau."

D'autres recherches ont conduit le Dr Zheng à découvrir que la taille de l'anneau pouvait varier pendant qu'il était exposé à des expériences au microscope à effet tunnel. Il a demandé l'aide de son collègue Weismann, qui est un expert pour le calcul de modèle. "Le calcul a laissé entendre que le diamètre de l'anneau révélait quelque chose sur la profondeur des atomes sous la surface", dit Weismann. Avec cela, il était clair que Zheng avait découvert un moyen de changer la position d'un atome par la largeur d'un seul atome. "C'est la première fois qu'un seul atome est déplacé de manière contrôlée dans un cristal avec une précision atomique", Weismann insiste. "Cette capacité sera utile lors de la conception de nanostructures dans les laboratoires."

Avec leurs autres découvertes, les scientifiques de l'université de Kiel ont noté un comportement similaire à celui des transistors. Ce composant, qui est utilisé dans les ordinateurs par millions, nécessite généralement trois électrodes de contact. Lorsque vous travaillez avec des nanostructures telles que des atomes, qui ne mesurent que 0,3 nanomètres, trois électrodes provoqueraient inévitablement un court-circuit. "Avec l'aide de la STM, nous avons découvert une méthode qui ne nécessite que deux électrodes, dont l'un est mobile. » C'est aussi une étape importante pour la manipulation des nanostructures.