Forscher der Universität Basel haben erstmals die wirkenden Kräfte beim Aufbau einer einzelnen chemischen Bindung genau analysiert. Mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops (atomic force microscope oder AFM) ist es ihnen gelungen, die Kraft zwischen zwei Siliziumatomen zu vermessen. Dies berichtet die Gruppe um Mark Lantz in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science.
In ihrem Experiment nähern sie die Siliziumspitze eines Rasterkraftmikroskops einer Siliziumoberfläche auf einige Nanometer Entfernung an. Diese Siliziumspitze ist so scharf, dass ihr Ende nur aus einem einzelnen Atom besteht. Dieses Atom baut mit den Atomen der Siliziumoberfläche bei Annäherung eine chemische Bindung auf. Die daraus resultierende Kraft von einigen Nanonewton wird durch die Elektronik des Rasterkraftmikroskops bestimmt.
Im gleichen Zuge kann die Siliziumoberfläche mit atomarer Auflösung abgebildet werden. Damit ist es zum ersten Mal gelungen, chemische Charakterisierung und physikalische Abbildung von einzelnen Oberflächenatomen gleichzeitig durchzuführen. Dies könnte weitreichende Anwendungen in der Materialforschung finden.
Bei der Abbildung von Oberflächen mittels Rasterkraftmikroskopie schwingt eine kleine Silizium- oder Metallspitze einige Nanometer über der abzubildenden Oberfläche. Die Amplitude der Schwingung ändert sich mit der anziehenden Wechselwirkung zwischen der Spitze und den Atomen der Oberfläche. Dies kann mit Hilfe der Elektronik des Mikroskops in ein Bild mit atomarer Auflösung umgewandelt werden.
Stefan Maier
