SME
Streda, 25. november, 2020 | Meniny má KatarínaKrížovkyKrížovky

Ivan Štich: Zobrali sme atómy a manipulovali nimi

„Japonský kolega ukázal na konferencií svoje experimentálne výsledky a oslovil ma,“ hovorí o výskume manipulovania atómov IVAN ŠTICH z Fyzikálneho ústavu SAV.

(Zdroj: SME – VLADIMÍR ŠIMÍČEK)

Koho to bol nápad urobiť takýto výskum?

Väčšina vedeckých spoluprác nevzniká plánovite, tak ako si to často predstavujú napr. grantové agentúry, ale spontánne, tak, že ľudí zaujme nejaký problém. V tomto konkrétnom prípade ukazoval japonský kolega, profesor Sugawara z Osaka University na konferencií svoje experimentálne výsledky. Oslovil ma, či by sme nemohli ako teoretici skúsiť namodelovať, čo oni merajú.

Prečo teória?

Táto oblasť, zobrazovanie a manipulácia atómov na povrchoch mikroskopmi s atomárnou rozlišovacou schopnosťou, je charakteristická tým, že experimentálny výsledok sa obvykle plne pochopí až po porovnaní s výsledkami počítačového modelovania opäť na atomárnej škále. Tento náš rozhovor počul aj profesor Kantorovich z King’s College London. Aj jeho to zaujalo, a tak vznikla trojspolupráca Osaka-Londýn-Bratislava. Samozrejme, všetci sme sa z videnia na konferenciách poznali už predtým.

Skryť Vypnúť reklamu

Ako výskum podelený medzi rôzne pracoviská prebiehal?

Delenie výskumných aktivít vyplýva už z toho vyššie povedaného. Na začiatku boli experimenty, ktoré boli všetky prevedené na univerzite v Osake. Našou úlohou, ako aj úlohou King’s College London, bolo počítačové modelovanie na atomárnej úrovni, teda za použitia kvantovej a štatistickej fyziky.

Prečo?

Kvantovomechynický popis je potrebný z dôvodu, že študujeme interakcie na úrovni jednotlivých atómov. Štatistickú fyziku potrebujeme zase preto, že viaceré procesy, ktoré vedú k manipulácií sú procesy aktivované oscilujúcim hrotom nad povrchom vzorky a určitá časť týchto procesov prebehne až po rádovo 109 pokusoch, teda osciláciách hrotu.

Výsledkom našej práce bol pomerne komplexný, 4-stavový model, ktorý plne vysvetľuje experimentálne pozorovania a ktorý pozostáva z 3 súčastí; analytickej formuly na výpočet pravdepodobnosti manipulácie, určenia bariér separujúcich jednotlivé stavy metódami elektrónovej štruktúry z prvých princípov a zo štatistického modelu oscilujúceho hrotu nad vzorkou, ktorý nám dáva výsledné pravdepodobnosti manipulácie.

Skryť Vypnúť reklamu

Prečo je dôležité vedieť takto manipulovať s atómami a ako by sa to dalo využiť?

Manipulácia s individuálnymi atómami je jedným zo spôsobov budovania nanoštruktúr „bottom up” na povrchoch tuhých látok. Dokážeme tak vytvoriť systémy, ktoré nemusia existovať v prírode, a môžu mať užitočné vlastnosti. V našom prípade takto dokážeme „písať” atómami medi na zoxidovanom povrchu medi.

Vieme vytvárať 1-dimenzionálne štruktúry z Cu atómov na vrstve zoxidovaného povrchu medi, ktorá je polovodivá a ktorá sa nachádza nad kovovou štruktúrou objemovej medi. Nazýva sa to dip-pen nanolitografia, ktorá sa ale v našom prípade realizuje na atomárnej úrovni. Schopnosť takéhoto vytvárania nanštruktúr à la carte je dôležitá už z princípu; napríklad na vytvorenie magnetických nanoštruktúr pre použitie v spintronike, kvantovom počítaní atď.

Skryť Vypnúť reklamu

Výskum ukázal, že počas procesu sa nemení štruktúra hrotu mikroskopu a nemenia sa ani výsledné snímky. To je ako možné?

Toto bola naozaj na prvý pohľad dosť prekvapivé. Študovali sme takzvané vertikálne manipulácie, teda extrakciu atómov medi z povrchu do hrotu mikroskopu a naopak, depozíciu atómov medi z hrotu na povrch. Z našich iných štúdií sme vedeli, že hrot musí byť zakončený kyslíkovým atómom. Naivne sme si predstavovali, že ak dôjde napríklad k extrakcii atómu medi z povrchu do hrotu, zmení sa chemická identita hrotu, ktorý po extrakcií bude teraz ukončený atómom medi. V takom prípade by sa samozrejme zmenil aj obraz povrchu pri jeho skenovaní takýmto hrotom. Experiment, však ukázal, že tomu tak nie je a náš model vysvetlil prečo.

Skryť Vypnúť reklamu

A teda prečo?

Pre atómy medi je totiž energeticky výhodnejšie difundovať po kónickom tele hrotu a adsorbovať na ňom, ako vytvoriť medené ukončenie apexu hrotu.

Prečo ste si vybrali práve atómy medi?

To opäť nebolo prvoplánové. Naši experimentálni partneri z Osaky študovali zoxidované povrchy medi najmä pre ich aplikačný potenciál ako materiál pre elektroniku a katalýzu. Pri štúdiu týchto systémov pozorovali spontánnu manipuláciu atómov medi. Systematické štúdium ukázalo, že atómy je možné manipulovať „kontrolovaným” spôsobom, nakoľko je to u stochastických systémov možné tak, že výsledkom je vytvorenie požadovanej nanoštruktúry.

Prečo pridávanie atómu bolo ľahšie (pravdepodobnejšie) ako odoberanie a čo to znamená?

To je opäť niečo, čo aspoň na prvý laický pohľad prekvapí. Laik očakáva, že ak sa obráti postupnosť krokov, ako v našom prípade, oba výsledky budú rovnako pravdepodobné. V skutočnosti tomu ale tak nie je a energetické bariéry pre priame a reverzné procesy nie sú rovnaké. V našom konkrétnom prípade sa ukázalo, že pri extrakcii atómov z povrchu do hrotu extrakcia atómov medi prebieha len vo veľmi úzkom rozsahu vzdialeností hrot-vzorka, pričom pri opačnom procese tomu tak nie je.

Skryť Vypnúť reklamu

A prečo sa atóm medi vyšplhal po ihle nahor a nenakopia sa tam tieto atómy?

Pre atómy medi je energeticky výhodnejšie difundovať po hrote, ako sa akumulovať pri apexe hrotu. Toto v podstate určuje “chémia” systému.

Tento váš nový teoretický model sa dá využiť aj na opis ďalších problémov?

Model, ktorý sme vyvinuli pre takzvané vertikálne manipulácie atómov, je úplne obecný a je možne ho použiť v podstate na akýkoľvek proces atomárnej prípadne molekulárnej manipulácie, napríklad na procesy takzvanej laterálnej manipulácie hrotom mikroskopu.

Model ma tri súčasti: analytickú matematickú formulu pre pravdepodobnosť manipulácie, výpočet energetických bariér medzi jednotlivými stavmi v procese manipulácie a štatistické modelovanie metódou silne modifikovaného kinetického Monte-Carla, ktoré dáva pravdepodobnosti potrebné pre výpočet výslednej pravdepodobnosti manipulácie.

Skryť Vypnúť reklamu

Takáto metóda ešte nebola použitá na popis manipulácie atómov SPM mikroskopom, a preto otvára úplne nové možnosti detailného pochopenia stochastických atomárnych manipulačných procesov.

Skryť Vypnúť reklamu

Najčítanejšie na SME Tech

Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu

Téma: Rozhovory z denníka SME

Prečítajte si aj ďalšie články k téme
Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu

Hlavné správy zo Sme.sk

Diego Maradona s trofejou pre majstrov sveta.

Jankovská sa priznala k trestnej činnosti, vypovedala o korupcii

Za rozhodnutím vypovedať nie je zlomená psychika ani iné vplyvy, tvrdí advokát.

Monika Jankovská.

Koronavírus na Slovensku: Očkovanie bude dobrovoľné, prvé vakcíny by mohli byť už v decembri (minúta po minúte)

PCR testy odhalili 1811 nových prípadov. Z antigénov hlásia 937 pozitívne testovaných ľudí. Pribudlo aj 23 úmrtí.

Minister zdravotníctva Marek Krajčí (OĽaNO).
Diego Maradona (vpravo) spolu s Pelém.

Neprehliadnite tiež

Astronautka Jeanette Epps.
Technici vo vnútri detektoru Borexino, ktorý zachytil nepolapiteľné častice.

Vyskúšali sme, ako sa hrá na jednej z najrýchlejších grafických kariet

Počítačové hry sa konečne dočkajú filmovej grafiky, aj vďaka herným konzolám.

Inzercia - Tlačové správy

  1. Ako vybrať AKU reťazovú pílu
  2. Na VŠEMvs získaš kvalitné štúdium v moderných priestoroch
  3. Táto pomôcka zlepší život všetkým imobilným ľuďom
  4. Budíte sa počas spánku? Toto sú hlavné príčiny
  5. Rozbiehať biznis v čase korony? Ide to
  6. Imunitnú bombu do tela dostanete vďaka Vitaglucanu
  7. Študuj na univerzite s viac ako 60 ročnou tracíciou!
  8. Máš dosť teórie a poučiek? Študuj, cestuj, pracuj a ži!
  9. OFFICE ROKA 2020 poukáže na transformáciu pracovného prostredia
  10. Slovenská firma reformuje tradičné multimiliardové odvetvie
  1. Nová služba v Pezinku – bezplatný zber elektroodpadu
  2. OFFICE ROKA 2020 poukáže na transformáciu pracovného prostredia
  3. V mlieku už nie sme sebestační. Čo sa musí zmeniť?
  4. Slovenská firma reformuje tradičné multimiliardové odvetvie
  5. Hubert – keď život chutí už 195 rokov
  6. Ako vybrať AKU reťazovú pílu
  7. Mercedes-Benz opäť nadizajnoval budúcnosť
  8. Budúcnosť M&A v Európe
  9. Zdravá pečeň zlepšuje metabolizmus aj celkové zdravie
  10. Právo: Kto sú najväčší právnici a kde všade zostanú súdy
  1. Budíte sa počas spánku? Toto sú hlavné príčiny 24 910
  2. Slovenská firma reformuje tradičné multimiliardové odvetvie 20 262
  3. Bezpečná dovolenka v exotike: Maldivy sú prešpikované zážitkami 12 459
  4. Kaufland na Slovensku testoval novinku, ktorú zavádza v Európe 10 974
  5. Novodobý slovenský Baťa. Zamestnancom stavia domy 8 697
  6. Spájame Slovensko - 4 nové expresné autobusové linky 8 583
  7. Viete, aká je skutočná cena smartfónu? Číslo vás prekvapí 8 263
  8. Príbehy vyhorených, tandem okolo Bödöra a nová trať v Bratislave 8 048
  9. Čo ovplyvňuje chuť kačacieho mäsa? Tieto dve veci 8 038
  10. Oslávte nový rok v teple: Cestujte na Zanzibar úplne bezpečne 7 898