Mit einem Rasterkraftmikroskop als Werkzeug lassen sich einzelne Atome gezielt manipulieren und zu neuen Strukturen anordnen. Aber wie viel Kraft erfordert es, mit der Mikroskopspitze ein Atom oder Molekül auf einer Oberfläche zu verschieben? Das haben Wissenschaftler um Markus Ternes vom IBM-Forschungszentrum in San Jose (Kalifornien) nun erstmals direkt gemessen.

Dazu bestückten die Forscher ihr Rasterkraftmikroskop mit einem so genannten qPlus-Sensor. Man kann sich darunter eine Art Stimmgabel aus Quarz vorstellen. Einer der beiden „Zinken“ dient dazu, die Atome zu verschieben. Die mechanische Spannung zwischen seiner Spitze und der Oberfläche beeinflusst die Resonanzfrequenz der Gabel. Dadurch werden die zur Manipulation benötigten Kräfte messbar. Die Schwingungen erzeugen, da das verwendete Material piezoelektrisch ist, ein elektrisches Signal.

Zur Überraschung der Forscher erwies sich die für eine seitliche Verschiebung erforderliche Kraft als unabhängig davon, wie fest die Nadel auf die Oberfläche gedrückt wird. Entscheidend ist vielmehr die Art und Stärke der Wechselwirkung zwischen zu verschiebendem Objekt und Untergrund. So kostete es zehnmal mehr Kraft, ein Kobalt-Atom über eine Oberfläche aus Platin als aus Kupfer zu bewegen. Derlei Kenntnisse sind wichtig für Anwendungen des Rasterkraftmikroskops in der Nanotechnologie.

Christoph Marty