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Technik

24.07.2004 - Physik
Winziger Baukasten: Physiker packen Elektron auf einzelnes Atom - Erstmals Erzeugung einzelner Goldionen gelungen

Die gezielte Kontrolle von einzelnen Atomen ist der Schlüssel zu zahlreichen Anwendungen der Nanotechnologie. Auf diesem Weg gelang es nun schwedischen und Schweizer Physikern, einzelne Goldatome mit einer zusätzlichen Elektronenladung zu ionisieren. Der elegante Prozess mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops ist dabei auch umkehrbar. Die Forscher, die ihr wegweisendes Experiment in der Fachzeitschrift Science (Vol. 305, S. 493) beschreiben, sehen potenzielle Anwendungen für neue Prozesse in der Datenverarbeitung und für die Kontrolle chemischer Reaktionen.

"In der Nanowelt wird die Schaffung komplexer, funktionalisierter Strukturen die Fähigkeit erfordern, nicht nur die Position und die geometrischen und mechanischen Eigenschaften eines Atoms zu steuern, sondern auch die elektronischen und chemischen Parameter auf atomarem Niveau", sagt Gerhard Meyer vom IBM Forschungslabor in Rüschlikon bei Zürich. Zusammen mit Kollegen der Chalmers Universität in Göteborg setzte er zuerst einzelne Goldatome auf eine isolierende, rund zwei Atomlagen dicke Schicht aus Kochsalz (NaCl). Darauf führten sie die atomfeine Wolframspitze eines Rastertunnelmikroskops (STM) bis auf ein Fünftel Nanometer von oben an ein Goldatom heran. Mit einem Spannungspuls von rund einem halben Volt konnten sie eine negative Ladung auf das Goldatom übertragen. Umgekehrt ließ sich diese Ladung mit einem entgegengesetzt gepolten Spannungspuls wieder abgreifen, so dass das Ion in den neutralen Ursprungzustand zurückfiel.

Sowohl Position als auch Ladungszustand blieben nach diesen Ladeprozessen stabil. Die Ursache dafür sehen Meyer und Kollegen in einer Umorientierung der Atome in der Kochsalz-Schicht. Je nach Ladungszustand des Goldatoms verschieben sich Chlorid- und Natriumionen, um sowohl Goldion als auch Goldatom zu stabilisieren. Um zu überprüfen, ob das Goldatom tatsächlich aufgeladen wurde, näherten die Wissenschaftler die STM-Spitze mit einer negativen Ladung an das potenzielle Goldion heran. Aufgrund der gleichen Ladungsart wurde es abgestoßen und bewegte sich leicht über die Oberfläche. Mit einer entgegengesetzten Ladung konnte das Ion dagegen von der STM-Spitze aufgenommen werden. Parallel zu diesem Versuch berechneten sie auch die zu
erwartenden STM-Bilder sowohl für das neutrale Atom als auch für das Ion. Diese stimmten ebenfalls abhängig vom Ladungszustand mit den Beobachtungen überein.

"Zusammen mit der Kontrolle des Ladungszustands ergibt sich beim Goldatom auch eine Kontrolle des magnetischen Moments", erklärt Meyer. Denn wegen der mit einem zusätzlichen Elektron abgeschlossenen Schale ist das Goldion unmagnetisch, das neutrale Goldatom dagegen nicht. In Hinblick auf Ladung und Magnetspin liegen Anwendungen für die Speicherung und Verarbeitung von binären Daten nahe. "Speichereinheiten in einer atomaren Größenordnung könnten bei gleichen Ausmaßen wie heute mindestens die zehntausendfache Datenmenge tragen", sagt Rolf Allenspach vom IBM-Labor. Doch auch chemische Reaktionen,
bespielsweise in der Katalyse, könnten durch die Ladungskontrolle einzelner Atome besser und mit höherer Ausbeute ablaufen.

Zitat aus: wissenschaft.de, 26.07.04,  http://www.wissenschaft.de/wissen/news/243221.html

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Forscher beamen erstmals ganzes Atom - Übertragung von Quantenzuständen zum ersten Mal mit Materie geglückt

27.01.2004 - Raumfahrt
Wasservorkommen auf der Marsoberfläche bestätigt - erste wissenschaftliche Ergebnisse vom Mars-Express

Beagle-2 schweigt nach wie vor, aber der Roboter Mars-Express sendet schon faszinierende Bilder zur Erde. Mars Express hat bereits eine Fläche von zwei Millionen Quadratkilometern bei einer Auflösung von 10 bis 15 Metern pro Pixel fotografiert. Das entspricht etwa der Fläche von Deutschland, Frankreich, Italien, Spanien, Portugal und Österreich zusammen. Die Aufnahmen zeigen Sediment, das sich in von Wasser ausgegrabenen Tälern und am Boden von Kratern abgelagert hat.

"Ja, Wasser hat auf der Oberfläche des Mars gearbeitet“, sagte ein Mitarbeiter auf einer Presskonferenz. Am Südpol des Mars wies Mars Express mit Hilfe eines Infrarot-Spektrometers die Anwesenheit von Wasser- und Kohlendioxid-Eis nach. Die Messungen der Sonde bestätigen die Ergebnisse der amerikanischen Sonde Mars Odyssey, die Wasser anhand von emittierten Neutronen detektiert hatte. Am Ende der Mission soll die Menge Wassereis, die es noch auf der Marsoberfläche gibt, genau bestimmt sein.

Wo das früher offenbar reichlich vorhandene Wasser geblieben sein könnte, soll ein weiteres Instrument von Mars Express klären: "Aspera" untersucht den Einfluss des Sonnenwindes auf die Marsatmosphäre und soll die Frage beantworten, ob sich das Wasser womöglich in die Weiten des Weltraums verflüchtigt hat. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Atmosphäre auf der sonnenzugewandten Seite des Planeten eine andere Zusammensetzung hat als die der Nachtseite.

Am Anfang war das Benzin und der Vergaser. Dann schuf Gott den Motor und die Karosserie, die Hupe und das Verkehrslicht. Dann betrachtete er sein Werk und sah, dass es nicht genug war. Darum schuf er noch das Halteverbot und den Verkehrspolizisten, und als dies alles geschaffen war, stieg Satan aus der Hölle empor und schuf die Parkplätze.

Ephraim Kishon (*1924), israelischer Schriftsteller u. Satiriker

biochips

der computer des 21. jahrhunderts soll auf der basis von biomolekuelen arbeiten. computer-chips herkoemmlicher bauart sind mit schaltkreis-abmessungen von 0,001 millimetern an der grenze des physikalisch machbaren angelangt. die "bio-computer" (richtiger waere es, von molekular-computern zu sprechen), sollen den computerbauern neue dimensionen der miniturisierung erschliessen. molekulare elektronik-bausteine koennten schaltelemente in der groessenordnung von 50 nanometern (ein nanometer = ein milliardstel meter) enthalten.

entscheidend fuer das funktionieren der hypertechnologien ist der erzielbare miniturisierungsgrad aller komponenten. nicht nur schaltkreise, sondern auch sensoren oder mechanische teile wie motoren, ventile oder duesen gilt es, so klein wie moeglich zu halten. die zaehne eines mikromotor-zahnrades sind gerade so gross wie ein rotes blutkoerperchen. fuer bio-computer werden verschiedene moeglichkeiten der signaluebermittlung diskutiert. einige forscher sehen elektrisch leitfaehige proteine als das geeignete material fuer bio-chips an. die nanotechnologie ist vielleicht schon bald keine utopie mehr. fuer kuenftige selbstreproduzierende roboter waere die nanotechnologie sogar ein sex-surrogat: sie koennten sich mit ihrer hilfe fortpflanzen. der us-genetiker kevin ulmer sagt:

"die kuehnste vorstellung geht dahin, dass ein vollstaendiger genetischer code fuer einen computer entwickelt wird, der wie ein virus funktionieren wuerde. aber statt dass dieser code weitere viren produziert, wuerde er einen voll arbeitsfaehigen computer innerhalb der zelle zusammenbauen. jedesmal, wenn sich eine solche zelle teilt, waere das gleichbedeutend mit der einrichtung einer neuen produktionsstrasse fuer computer." kommt der biocomputer auf proteinbasis eines tages wirklich, weicht die starre grenze zwischen leben und nichtleben auf.

der biologe j.h. mcalear sagt, was man mit ihnen tun koennte: "eingepflanzt ins gehirn, laesst der biocomputer aus seinen proteinfacetten kleine nervenenden spriessen. die neuronen des gehirns werden sich mit diesen hauchzarten gewaechsen verbinden, die elektronischen impulse in der natuerlichen sprache des gehirns aussenden." das implantat soll die faehigkeit des gehirns, logisch zu denken, mit elektronischer geschwindigkeit und effizienz vereinen.

aus: natur, 12/89

... und hier mein kleines Geschenk für alles, was nicht menschlich ist, e-Mailadressen sammelt und diese Seiten besucht ... Teergrube ;-) ...