IBM brengt moleculair geheugen dichterbij

Heinrich trekt een parallel met de ‘grote’ wereld, waar bouwwerken ook pas worden neergezet als de constructeurs alle eigenschappen van de bouwmaterialen kennen.

"Wat voor grote stalen bruggen geldt, doet dat ook voor nanostructuren. Pas als je weet welke krachten een rol spelen op zo’n kleine schaal, kun je een goed ontwerp maken. Bijvoorbeeld van een geheugencel van één atoom groot", aldus Heinrich.

Op nanoschaal gelden andere wetten dan in de dagelijkse wereld. Zeer kleine krachten kunnen al een perfide uitwerking hebben op een schakeling. Sommige atomen kunnen aan andere atomen blijven kleven, zodat een stabiele constructie ontstaat. Andere atoomparen hebben slechts een zeer losse binding, geschikt voor de fabricage van flexibele onderdelen. Heinrich: "We hebben nauwelijks een idee hoe groot die krachten zijn en dus is het steeds weer een kwestie van proberen. Meer inzicht kan een hoop giswerk voorkomen, wat prettig is voor de ontwerpers en veel geld bespaart."

In Almaden is onderzoek gedaan met behulp van de scanning tunneling microscoop, een instrument waarmee IBM al meer onderzoekssuccessen heeft geboekt. Het apparaat is nu voorzien van een extra meetsonde, in de vorm van een minuscule stemvork. De frequentie waarop de vork trilt, is afhankelijk van de kracht die op de pootjes wordt uitgeoefend. "Zo kunnen we meten hoeveel kracht er nodig is om een enkel atoom te verplaatsen. Het atoom wordt weggeduwd door de zeer dunne meetpunt van de microscoop." Voor het verplaatsen van bijvoorbeeld een kobaltatoom over een onderlaag van platina is een kracht nodig van 210 picoNewton. Wordt een onderlaag van koper gebruikt, dan is voor het verplaatsen van het kobaltatoom slechts 17 picoNewton nodig.

"Het is verbazend om te zien hoe we die krachten kunnen meten met behulp van een stemvorkje dat je in elk digitaal horloge terugvindt", zegt professor Franz Giessibl van de universiteit Regensburg, die met zijn team heeft samengewerkt met de onderzoekers van IBM in Almaden.