Nanomaterialien

ERC Starting Grant für Toma Susi

Der finnische Physiker Toma Susi erhält den renommierten ERC Starting Grant des Europäischen Forschungsrats. Die Fördermittel sollen es Susi ermöglichen, eine Forschungsgruppe an der Universität Wien zu etablieren, um ein neues Verfahren zur Manipulation von Materialien auf atomarer Ebene zu entwickeln.

Ein FWF-Projekt führte Susi 2013 nach Wien. Er forscht zu Materialsynthese, Spektroskopie, Elektronenmikroskopie und -modellierung (Copyright: Oleg Domanov).  

Materialien werden über ihre chemische Struktur definiert, d.h. welche Atome wo angeordnet sind. Um die Materialeigenschaften zu kontrollieren, kann man die Atome entweder neu anordnen oder austauschen. Das einzige Gerät, mit dem man direkt einzelne Atome manipulieren kann, ist bisher das Rastersondenmikroskop – damit lassen sich seit den späten 1980ern schwach gebundene Atome über Oberflächen weit unterhalb der Raumtemperatur bewegen. Erst seit einigen Jahren ist es möglich, mit einem in seiner Funktion grundlegend anderen Instrument, dem Rasterdurchstrahlungselektronenmikroskop (STEM), einen Elektronenstrahl mit subatomarer Präzision zu erzeugen. Damit können Forschende den Elektronenstrahl auch auf einzelne Atome fokussieren.

2014 entdeckte Susi gemeinsam mit KollegInnen aus Großbritannien, dass Silicium-Fremdatome, die man gelegentlich in Graphen vorfinden kann, während der Bildaufnahme einen Sprung vollführen. Computersimulationen erklärten den zugrundeliegenden Mechanismus – ein Elektron „stößt“ ein dem Silicium-Atom benachbartes Kohlenstoff-Atom – und zeigten dabei, dass der Elektronenstrahl verwendet werden kann, um stark gebundene Materialien mit atomarer Genauigkeit zu manipulieren. Mit der finanziellen Unterstützung des Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und in Zusammenarbeit mit Jani Kotakoski und Jannik Meyer von der Fakultät für Physik der Universität Wien gelang Susi im vergangen Jahr die erste kontrollierte Bewegung eines Silicium-Atoms. Damit legte er die Grundlage für das ERC-Projekt, das sie im ersten Review-Artikel zu diesem Thema beschreiben.

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In den nächsten fünf Jahren wird Susi mit dem multidisziplinären ERC Starting Grant-Projekt „Atomic precision materials engineering (ATMEN)“ Experiment und Computersimulation kombinieren, um ein praktisches Verfahren der Elektronenstrahl-Manipulation zu entwickeln. Die Projektziele umfassen das verbesserte Verständnis des ursächlichen Mechanismus, den Fortschritt bei der Atom-Implantation jenseits von Silicium, die Beschleunigung von genauer Modellierung und die Automatisierung von Manipulationen. Das kontrollierte Modifizieren von stark gebundenen Materialien auf atomarer Ebene wird neue Perspektiven für die Nanotechnologie eröffnen und ein Höchstmaß an Kontrolle erlauben, um viele Fragen der Materialwissenschaften zu untersuchen.

Review-Artikel

T. Susi et al., Towards atomically precise manipulation of 2D nanostructures in the electron microscope, 2D Materials (2017). doi:10.1088/2053-1583/aa878f (Open Access).

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