Vergiss den Satz „scharf wie eine Wende.“ Jetzt, dank der neuen Forschung der University of Alberta, könnte der populäre Ausdruck „scharf wie eine einzelne Atomspitze, die durch chemisch unterstützte räumlich kontrollierte Feldverdampfung gebildet wird“werden.“ Vielleicht rollt es nicht so leicht von der Zunge, aber wenn man bedenkt, dass die Forscher das schärfste Objekt geschaffen haben, das jemals hergestellt wurde, wäre es genau.
Die Wissenschaftler, die am National Institute of Nanotechnology des National Research Council an der U of A arbeiteten, verwendeten ein einzigartiges Verfahren, um die schärfste Spitze herzustellen, die jemals bekannt war, und öffneten die Tür zu einer Reihe von Möglichkeiten. Technisch gesehen waren sie in der Lage, periphere Atome in der Nähe des Peaks mit Stickstoff zu beschichten, was es zu einer ein Atom dicken, harten Schutzlackierung machte.
„Diese Beschichtung hat die Wirkung, die kleine Pyramide von Metallatomen oder Wolfram an Ort und Stelle zu binden“, sagte Dr. Robert Wolkow, Physikprofessor an der U of A und Co-Autor der im Journal of Chemical Physics veröffentlichten Forschungsarbeit. „Eine so spitze Pyramide aus Metallatomen würde normalerweise einfach spontan verwischen. Es ist wie ein Sandhaufen – Sie wissen, dass Sie es nicht beliebig spitz machen können. Wenn Sie versuchen, mehr Sand zu stapeln, fließt er nach unten und bildet einen stumpferen Haufen. Metallatome werden das Gleiche tun.“
Diese scharfen Spitzen werden für den Kontakt mit Metallen oder Halbleitern sowie für die Manipulation und Untersuchung von Atomen, Molekülen und kleinen Partikeln benötigt. Ultrafeine Spitzen sind für zukünftige Experimente gefragt, bei denen die Ergebnisse direkt von der Form der Spitze abhängen.
Die Spitzen von Wolkow und dem Forschungsteam – bestehend aus Moh’d Rezeq und Jason Pitters von NINT – sind so stabil, dass sie etwa 900 Grad Celsius standhalten. Sie sind so scharf, dass sie bisher als hervorragende Emitter von Elektronenstrahlen zu dienen scheinen. „Die Linsen in einem Elektronenmikroskop funktionieren perfekter, wenn der Elektronenstrahl von einem wirklich kleinen Punkt kommt“, sagte Wolkow. „Da wir die kleinste Punktelektronenquelle haben, denken wir, dass wir in der Lage sein werden, die besten Elektronenmikroskope herzustellen. Das ist Spekulation, basiert aber auf ziemlich konventionellem Denken.
„Wenn das funktioniert, und es muss noch bewiesen werden, wäre es, als würde man ein bescheidenes Auto nehmen und es wie ein Rennwagen fahren lassen, indem man nur die Zündkerzen wechselt. Wir würden ein herkömmliches Elektronenmikroskop nehmen, eine unserer Spitzen als Elektronenquelle einsetzen und das Mikroskop sofort verbessern und in der Lage sein, eine feinere Auflösung zu erzielen.“
Elektronenmikroskope ermöglichen Fortschritte in verschiedenen Bereichen. Zu den Forschungsproblemen, die heute noch unerreichbar sind, aber durch Fortschritte in der Elektronenmikroskopie zugänglich gemacht werden könnten, gehören Untersuchungen der kleinen Poren, die sich in unseren Zellwänden bilden und für die Regulierung aller Lebensprozesse von zentraler Bedeutung sind, sowie neue nanostrukturierte Materialien, die ultraleicht und dennoch stark sind und einen reduzierten Energieverbrauch in Fahrzeugen ermöglichen.
Wolkow erwartet auch, dass ihre scharfen Spitzen die elektrische Charakterisierung extrem kleiner Objekte ermöglichen und damit neue Gerätekonzepte entdeckt und getestet werden können.