(D. Eigler ve grubu, 1989. 1993)
Atomik manipülasyon,
atomların uzayda amaçlı olarak hareket ettirilmesi ve konumlandırılmasıdır.
Nanoyapılar yaratabilmek için ideal proses, Richard
Feynman’nın ileri sürdüğü (1960) atom-atom montajıdır. Taramalı prob mikroskopi
(SPM) tekniğinin geliştirilmesiyle bu mükemmel görüşün gerçekliği
kanıtlanmıştır (Şekil-a ve b). Çeşitli yaklaşımlar arasında, SPM’nin atomları
manipüle etmek için en basit ve en uygun yöntem olduğu kanıtlanmıştır. SPM'nin diğer bir avantajı, sadece bir araştırma aracı
olarak değil aynı zamanda yüzeydeki atomları etkilemek için bir araç olarak da
kullanılabilmesidir. Sistemdeki uçla atomları yakalayarak (kancalayarak) istenen
yere götürmek, gereksiz atomları çıkarmak veya uç atomu ve yüzey üzerindeki
atom arasında atomlararası kuvvetler kullanarak uçtan ek atomlar bırakmak
mümkündür. Bu nedenlerle STM cihazı, atom manipülasyonu ve proses denetimi için
kullanılabilmektedir. (bak. Kuantum
Korral)
Atomların manipülasyonunda kullanılan diğer bir araç lazer
kapanı (optik cımbız) ve geliştirilmiş formu olan magneto-optik kapandır. Işık
yüksek frekanslı bir elektrik ve magnetik alan olduğundan, odaklanan bir lazer
demeti lokal bir maksimumla bir alternatif elektrik alanı yaratır. Bu alan bir
atomla etkileştiğinde atomun etrafındaki elektronların dağılımını değiştirir ve
atomda bir elektrik dipol momenti indükler (Şekil- c). Böyle bir atom, lazer
demeti tarafından oluşturulan elektrik alanının yerel maksimum alanına
çekilecektir.
Bir lazer demetinde atomlara etki eden diğer bir kuvvet
hafif basınçtır; atomlar fotonları absorplar, fotonların momentumunu kazanır ve
saçılmaya başlar. Saçılmayı minimize etmek için lazer frekansının, atomların
fotonları absorpladığı frekanstan daha düşük olması gerekir. Lazer kapanlar,
oda sıcaklığında süpersonik bir hızda hareket eden buharlaşmış substansların
atomlarının neredeyse tamamen hareketsizleştirir (immobilizasyon); yani,
sıcaklıklarının mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara düşmesine izin verir. Bu, atomların
iç yapısına yönelik ayrıntılı araştırma yapma olanağı yaratır ve
yüksek-hassasiyetli atomik saatlerin yaratılmasını sağlar.
S.Chu, C.Cohen-Tannoudji, W.D. Phillips, lazer ışınıyla
atomları soğutma ve kapanlama metotlarıyla 1997 fizik Nobel ödülünü
kazanmışlardır. Halen, lazer tuzakları ve lazer penseleri (tweezer) biyolojik
araştırmalarda, özellikle biyolojik motorların mekanik özelliklerini incelemede
yaygın olarak kullanılmaktadır.
Şekil (a): STM
görüntüler. Yüzeye uç tarafından uygulanan elektrostatik kuvvetler, ve iğne
ucunun son atomu ile yüzeydeki bir atom arasındaki interatomik (atomlar arası)
kuvvetlerle atomlar uç kısma bağlanır.
Şekil (b): Bir seri
STM görüntüsü; 48 Fe atomunun Cu yüzeyde adsorblanmasıyla “kuantum corral”
oluşumu, (c) Bir kolloid partikülün yakalanması; lazer kapanında odaklanmış
lazer demeti kullanılır.
