Kể từ khi nhà khoa học người Mỹ Don Eigler tạo ra được ba chữ cái "IBM" bằng 35 nguyên tử xenon vào năm 1989, các nhà nghiên cứu công nghệ nano đã không ngừng tìm cách kiểm soát các thành phần cơ bản này của vật chất.
Cho tới nay, các nhà khoa học đã vươn tới một tầm cao mới. Thay vì di chuyển các nguyên tử này, các nhà khoa học của hãng IBM cho biết họ có thể thay đổi điện tích của chúng, từng nguyên tử một.
Ông Karsten Horn, một nhà vật lý tại Viện Fritz Haber (Đức) nói: "Người ta đã tìm cách di chuyển các nguyên tử trong hàng chục năm qua. Đến nay, họ đã đi thêm được một bước xa hơn, giữ nguyên vị trí của các nguyên tử nhưng thay đổi trạng thái của chúng".
Điện tích của một nguyên tử là một trong những thuộc tính quan trọng nhất của nguyên tử. Nó ảnh hưởng tới cách mà nguyên tử phản ứng với phần còn lại của thế giới, và cũng ảnh hưởng tới cách thức mà nó truyền điện năng sang các nguyên tử bên cạnh.
Nhà vật lý Jascha Repp thuộc Viện nghiên cứu Zurich của IBM và các đồng nghiệp đã dùng một kính hiển vi ống quét để truyền một điện tử vào những nguyên tử vàng đơn lẻ, làm cho mỗi nguyên tử này có một điện tích âm.
Được phát minh vào những năm 1980, chiếc máy STM có một đầu dò cực nhỏ với đỉnh chóp của nó chỉ bằng kích thước một nguyên tử. Khi chiếc kính hiển vi này quét qua một bề mặt, mỗi nguyên tử đơn lẻ sẽ làm thay đổi dòng điện qua đỉnh chiếc kim này. Các nhà khoa học thường sử dụng thông tin này để tạo ra một bản đồ ba chiều các nguyên tử lồi lõm trên một bề mặt vật liệu.
Tuy nhiên, nghiên cứu của ông Repp đã chứng minh rằng đầu dò này có thể truyền điện tử tới những nguyên tử trên bề mặt mà nó di chuyển qua với một độ chính xác rất cao. Máy STM cũng có thể quét ngược trở lại qua các nguyên tử vàng để xác định xem chúng là nguyên tử mang tích điện âm hay là nguyên tử trung hòa về điện.
Nhóm nghiên cứu của ông Repp dự định sẽ sử dụng kỹ thuật này để thử thuộc tính điện của những vật liệu mới. Ông nói: "Về lâu dài, chúng tôi tìm kiếm những vật liệu có thể thay thế chất bán dẫn. Việc chế tạo các thiết bị điện tử với kích thước nguyên tử cho phép tạo ra những bộ phận có kích thước nhỏ hơn tới 10 nghìn lần mà lại ít tỏa nhiệt hơn".
Ông nói thêm rằng, về mặt lý thuyết, một chuỗi các nguyên tử vàng âm tính và dương tính còn có thể sử dụng để lưu trữ thông tin, giống như một chuỗi các chuyển mạch "đóng" và "mở" tạo thành nền tảng của tính toán nhị phân. Nhưng ông thừa nhận rằng một thiết bị như vậy sẽ còn phải mất tới hàng thập kỷ nữa mới có thể trở thành hiện thực.
Tác phẩm nghệ thuật kích thước nano do ông Don Eigler chế tạo năm 1989 là một điểm mốc quan trọng trong công nghệ nano. Nó chứng tỏ rằng khi truyền một điện áp nhỏ qua đầu dò của máy STM thì có thể chuyển chiếc kính hiển vi điện tử này thành chiếc kẹp để di chuyển các nguyên tử riêng lẻ.
Lúc đó, Eigler chỉ có thể làm cho các nguyên tử cố định ở nhiệt độ -269oC, cao hơn độ không tuyệt đối bốn độ. Với nhiệt độ cao hơn, năng lượng nhiệt của các nguyên tử sẽ làm cho chúng bật ra khỏi bề mặt. Tuy nhiên, mấy năm sau đó ông cũng đã thực hiện thành công thí nghiệm này ở nhiệt độ phòng thông thường.
Thí nghiệm của ông Repp được thực hiện ở nhiệt độ -269oC, nhưng ông hy vọng sẽ sớm thực hiện được quá trình thay đổi điện tích của nguyên tử này ở nhiệt độ thông thường.
