Atommanipulation
Atommanipulation är processen att flytta enskilda atomer på ett substrat med hjälp av Scanning Tunneling Microscope ( STM). Atommanipulation är en ytvetenskaplig teknik som vanligtvis används för att skapa konstgjorda föremål på substratet gjorda av atomer och för att studera materiens elektroniska beteende. Dessa föremål förekommer inte i naturen och behöver därför skapas på konstgjord väg. Den första demonstrationen av atommanipulation gjordes av IBM-forskare 1989, när de skapade IBM i atomer .
Vertikal manipulation
Vertikal manipulation är en process för överföring av en atom från substrat till STM-spets, ompositionering av STM-spetsen och överföring av atomen tillbaka till en önskad position. Överföring av en atom från substrat till STM-spets görs genom att placera spetsen ovanför atomen i ett konstant strömläge, stänga av återkopplingsslingan och applicera hög bias under några sekunder. I vissa fall är det också nödvändigt att sakta närma sig spetsen samtidigt som man använder hög bias. Plötsliga toppar eller strömfall under denna process motsvarar antingen överföring eller att atomen trycks bort från den givna platsen. Som sådan finns det alltid en viss grad av slumpmässighet i denna process. Att överföra en atom från STM-spets till substrat görs på samma sätt men genom att applicera motsatt förspänning.
Sidomanipulation
Lateral manipulation innebär att flytta ett adsorbat på ytan genom att skapa en tillfällig kemisk eller fysisk bindning mellan STM-spetsen och adsorbatet. En typisk lateral manipulationssekvens börjar med att placera spetsen nära adsorbatet, föra spetsen nära ytan genom att öka börvärdet för tunnelströmmen, flytta spetsen längs en önskad rutt och slutligen dra tillbaka spetsen till normal skanningshöjd. Lateral manipulation tillämpas vanligtvis på starkt bundna adsorbater, såsom metalladatomer på metallytor. Sannolikheten att ytadsorbatet rör sig samma sträcka som spetsen tillryggalägger är starkt beroende av spetsförhållandena.
Beroende på spetsspetsen och ytan/adsorbatsystemet kan sidorörelsen ske genom att man trycker, drar eller glider av adsorbatet. Dessa moder resulterar i distinkta tunnelströmsignaler under sidorörelsen. Till exempel indikerar periodiska steg i tunnelströmmen att adsorbatet "hoppar" mellan adsorptionsställena medan det följer spetsen: detta betyder att spetsen trycker eller drar adsorbatet.
Anmärkningsvärda experiment
Flera grupper har tillämpat tekniker för atomär manipulation i konstnärliga syften för att visa kontroll över adatompositionerna. Dessa inkluderar olika institutionella logotyper och en film som heter " A Boy and His Atom " som består av individuella STM-skanningar av IBM-forskare.
Flera anmärkningsvärda fysikexperiment med kondenserad materia har realiserats med atomära manipulationstekniker. Dessa inkluderar demonstrationen av elektroninneslutning i så kallade quantum corrals av Michael F. Crommie et al., och det efterföljande Quantum mirage experiment, där Kondo-signaturen för en adatom reflekterades från ett fokus till ett annat i en elliptisk kvantkorral.
Atommanipulation har också väckt intresse som en beräkningsplattform. Andreas J. Heinrich et al. byggde logiska grindar av molekylära kaskader av CO-adsorbater, och Kalff et al. demonstrerade ett omskrivbart kilobyteminne gjord av enskilda atomer.
Nyligen genomförda experiment på konstgjorda gitterstrukturer har använt atomära manipulationstekniker för att studera de elektroniska egenskaperna hos Lieb-gitter, konstgjord grafen och Sierpiński-trianglar .