Atomen

Share this post:

Door Frank van der Wal

Het was de laatste weken regelmatig te lezen en te zien op zowel de interne en externe IBM websites alsmede op diverse onafhankelijke media. Ik werd er regelmatig over getipt: “The Boy and his Atom”, de kleinste film ooit, schrijf daar eens een stukje over.

What’s going on?
Atomen zijn verdraaid kleine dingen. Kan ze niet zien, hoe je je best ook doet en hoe groot je je microscoop ook maakt. Ze varieren van 60 (Helium) tot 275 (Francium, zo heet het echt, ik kan er ook niets aan doen) picometer. Een picometer is 0,000 000 000 001 meter.
Zichtbaar licht voor de mensen varieert tussen de 380 en 780 nanometer, grofweg 10.000 keer zo groot. Alles wat we zien met de oogjes zijn lichtgolven die terugkaatsen van objecten. Een 10.000 keer grotere lichtgolf kaatst niet terug van een atoom. Het is alsof je een golf van 10 meter hoog probeert te keren met een zandkorrel van 1 mm. Weinig kans.

Toch waren er twee Zwitserse IBM collega’s in de jaren 80 eigenwijs genoeg om tóch atomen ‘zichtbaar’ te willen maken. Ze vonden de Scanning & Tunneling Microscope (STM) uit. Het leverde een Nobelprijsje op. En daarnaast eeuwige roem.

Een SMT bestaat uit een zeer dun naaltje van een zeer zuiver metaal. Als je dat langzaam en zeer nauwkeurig naar een oppervlakte laat zakken zullen de elektronen uiteindelijk de elektronen van de onderliggende laag gaan voelen. We weten dat elektronen negatief geladen deeltjes zijn en dat twee dezelfde ladingen elkaar afstoten. Dus de elektronen van ons naaldje voelt een afstotende kracht van de onderliggende laag, die steeds verder benaderd wordt. Als je het naaldje over het oppervlakte laat bewegen, voelt de STM op bepaalde plekken meer afstoting dan op andere. Bevindt de naald zich recht boven een atoom is de afstotende kracht groter dan als het net tussen twee atomen zit. Hieraan kan je afleiden waar de atomen zich bevinden, hoeveel het er zijn etc.. En met een beetje hocus-pocus kan je die varierende afstotende krachten zichbaar maken op een scherm waardoor je ze kan ‘zien’.
De grote truck van de STM was niet zozeer atomen te voelen (dat kon de Atomic Force Microscope al) maar ze ook te verplaatsten. Het woordje “tunneling”komt om de hoek kijken. De IBM-ers kregen het voor elkaar om de elektronen van het naaldje en die van het onderliggende materiaal in elkaars banen te laten draaien en zo een binding aan te gaan. Hiermee kon het atoom uit het materiaal gehaald worden en ergens anders geplaatst worden. Volledige controle. Don Eigler heeft in de jaren 80 prachtige plaatjes van atoomformaties gemaakt waardonder de letters I-B-M (de orginaliteits prijs ging aan Don’s neus voorbij) met 35 xenon atomen.

De film die we net gemaakt hebben van een jongetje Atom die met een atoom speelt, is de overtreffende trap van wat Don Eigler heeft gedaan. Dit keer zijn er, a la een tekenfilm, 250 frames geschoten waarbij er 5000 atomen telkens in een andere positie werden gemanoevreerd. Op YouTube staan leuke filmpjes over de voortgang van dit project.

Het zal niet nog eens een Nobelprijs opleveren, en je kan debatteren over de diepgang van de film (ik vond het boek persoonlijk ook beter), maar het laat zien wat we op atomair niveau kunnen. Met name in het opslag gebied.

Vandaag de dag gebruiken we ongeveer 1 miljoen atomen om één bit data op te slaan. Met technieken a la de STM zouden we naar 12 atomen kunnen. Dat zet zoden aan de dijk, het is een factor 80.000. Dus op het zelfde apparaatje wat je nu bij je hebt, kan je dan 80.000 keer zoveel kwijt.