Manipular átomos con un haz de electrones.

La nanotecnología tiene la capacidad de crear y manipular materiales al nivel más básico, fabricando dispositivos átomo a átomo con un control preciso. Científicos del MIT(Estados Unidos), de la Universidad de Viena(Austria), de la Universidad de la Academia China de Ciencias, de la Universidad de Aarhus(Dinamarca), de la Universidad de Sichuan(China), de la Escuela Politécnica Nacional(Ecuador), del Instituto de Tecnología de Massachusetts(Estados Unidos) y del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (EE. UU) han dado un paso en esa dirección, al desarrollar un método que puede reposicionar los átomos con un haz de electrones altamente enfocado para controlar su ubicación exacta. El hallazgo puede  conducir a nuevas formas de hacer dispositivos de computación cuántica e iniciar una nueva era de innovación a través de la manipulación atómica. 

Átomo de P inserto en grafeno. MIT News(cortesía investigadores) 

El artículo Engineering single-atom dynamics with electron irradiation se publicó en la revista Science Advances el 17 de mayo del 2019. El objetivo de la investigación es controlar uno a uno cientos de átomos, sus posiciones,  su estado de carga y sus estados de giro electrónicos y nucleares. En los artículos precedentes se  manipularon las posiciones de los átomos individuales con la punta “aguja” de un microscopio de efecto túnel para luego dejarlos caer en la posición deseada; un proceso lento. El nuevo manipula los átomos mediante un haz de electrones en un microscopio electrónico de transmisión de barrido(STEM), por lo que puede controlarse de forma totalmente electrónica mediante lentes magnéticas y no requiere partes mecánicas en movimiento. Eso lo hace potencialmente mucho más apto para aplicaciones rápidas. Usando controles electrónicos e inteligencia artificial permite manipular los átomos en escalas de tiempo de microsegundos; menor en muchos órdenes de magnitud con relación a la actual. Además, es posible tener muchos haces de electrones trabajando simultáneamente en la misma pieza de material. Los chips de las computadoras se fabrican mediante el "dopaje" de un cristal de silicio con otros átomos necesarios para conferir propiedades eléctricas específicas, creando así "defectos" en el material y regiones sin la estructura cristalina perfectamente ordenada. En el proceso no podía controlarse con precisión atómica dónde se ubican esos átomos dopantes; en cambio con el nuevo sistema se logra el posicionamiento exacto. La potencia del haz de electrones con un enfoque muy estrecho, casi tan ancho como un átomo, hace que un átomo salga de su posición y, al seleccionar el ángulo exacto del haz, los investigadores pueden determinar su lugar más probable. La inserción de impurezas y generación de defectos en una red cristalina constituyen  el corazón de la industria electrónica. A medida que los dispositivos de estado sólido se hacen más pequeños, hasta el tamaño del nanómetro, se vuelve cada vez más importante saber con precisión dónde se encuentra un solo átomo o el defecto producido por la impureza y cuáles son sus entornos atómicos. La investigación responde al objetivo extremadamente desafiante de disponer de un método escalable para manipular de forma controlada o colocar átomos individuales en las ubicaciones deseadas, así como predecir con precisión qué efecto tendrá esa ubicación en el rendimiento del dispositivo. 
El método desarrollado es mucho más que jugar al fútbol con los átomos, constituye  un nuevo y emocionante paradigma nanotecnológico.

Lectura complementaria:

Engineering single-atom dynamics with electron irradiation.