Ensamblaje automatizado de átomos de cobalto individuales en una superficie de cobre atómicamente plana en formas geométricas simples, un cuadrado, un triángulo, y un círculo. De izquierda a derecha, cada figura muestra la configuración después de cada movimiento de átomo. Tamaño de imagen 15 nm × 15 nm. Centro:Montaje perfecto del logo NIST después de cuatro pasos de montaje automatizado. Tamaño de imagen 40 nm × 17 nm. Todas las imágenes se muestran en una vista superior 3D en color con sombras claras con un rango de altura de ≈100 pm.
Los investigadores del NIST han demostrado el ensamblaje autónomo de átomos controlado por computadora en nanoestructuras perfectas utilizando un microscopio de túnel de barrido a baja temperatura. Los resultados, publicado en un artículo invitado en el Revisión de instrumentos científicos , muestran la construcción sin intervención humana de nanoestructuras bidimensionales confinadas cuánticamente utilizando átomos o moléculas individuales en una superficie de cobre.
Uno de los principales objetivos de la nanotecnología es desarrollar las denominadas tecnologías "de abajo hacia arriba" para ordenar la materia a voluntad colocando los átomos exactamente donde uno los quiere para construir nanoestructuras con propiedades o funciones específicas. Los investigadores, dirigido por Robert Celotta y Joseph Stroscio del CNST, han demostrado los primeros pasos para lograr esa capacidad utilizando el modo de manipulación de átomos de un microscopio de efecto túnel (STM) en combinación con algoritmos de movimiento autónomo.
El equipo, que incluye a Stephen Balakirsky (anteriormente en EL y ahora en Georgia Tech), Aaron Fein (PML), Frank Hess (anteriormente en el CNST), y Gregory Rutter (anteriormente en CNST y ahora en Intel), utilizó algoritmos autónomos para manipular átomos y moléculas individuales, muy parecido a los algoritmos para la conducción de automóviles "manos libres". El sistema funciona escaneando primero las ubicaciones de los átomos disponibles en la superficie. Luego especifica las coordenadas deseadas de los átomos de una nanoestructura, y calcula y dirige de forma autónoma las trayectorias de la punta de la sonda STM para mover todos los átomos a sus ubicaciones deseadas.
El equipo pudo demostrar que podía construir de forma autónoma átomos de cobalto en nanoestructuras que confinaban las propiedades cuánticas de los electrones de la superficie del cobre. Luego usó el STM para medir esas propiedades. Además de demostrar la construcción de nanoestructuras hechas de átomos, demostraron que era posible construir redes a nanoescala hechas de moléculas de monóxido de carbono y hacer a medida puntos cuánticos interactivos formados a partir de las vacantes en las redes de monóxido de carbono.
Los investigadores creen que un enfoque basado en la construcción autónoma de átomos y moléculas utilizando esta técnica podría ser la base de un conjunto de herramientas de fácil acceso para producir estados cuánticos personalizados con aplicaciones en el procesamiento de información cuántica y la nanofotónica.
