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教育部科技发展中心网2006年8月24日报道美国商业部的国家标准局（NIST）的科学家们使用电子束把单个原子在晶体表面的两个位置间来回移动，向研制出能够在纳米尺度装置中改变电信号的“原子开关”的目标迈出了重要的一步。
这篇发表在8月16日《Science》杂志上的论文是第一篇关于NIST新建的纳米科学和技术中心的研究成果的报道。
文章的第一作者，物理学家Joseph Stroscio说：“现在谈实际的原子开关还很早，但是我们在向这个目标逐步靠近。”另外，通过应用这项研究中对半导体和绝缘体薄膜的纳米尺度加工技术，有可能发展出新型的一个个原子建造的电子学装置和磁性装置。
在这项工作里，NIST的物理学家们使用一台定制的低温扫描隧道显微镜（STM）进行研究。这台低温扫描隧道显微镜能够在其探针上加载电压和电子束，从而进行多种原子尺度的测量和操作。NIST的理论物理学家们对原子的电子结构的理论计算结果，肯定了他们的实验结果。
科学家们使用STM的原子操作模式，一个一个原子地操作，在铜原子表面制成了一个钴原子和一些铜原子组成的分子链。然后科学家们使用STM对这个分子链发射电子束，并同时测量这对钴原子开关运动的影响。
此外，这个科研小组使用一种叫做“隧道噪声谱分析”的技术来确定原子在一个位置所待的时间。这种测量技术由文章的另外两位作者在2004年发明。他们当时发现使用STM在晶体的两个绑定位置间移动原子时，原子会发出一种特有摩擦声。
Stroscio说：“我们最重要的两个成果，一个是加深了对原子开关背后科学的理解，另一个是发展出了新的测量技术，能够绘制激发指定原子运动的电子的空间分布图。”
科学家们研究了在STM针尖和样品表面间的电压和电流变化时，原子开关速率的变化。在大约15到20毫伏的阈值电压之上，每个电子的开关几率是常量，这意味着电子携带足够移动钴原子的能量。电流变大时，开关的速率也会变大。
数据显示，单个电子能够把原子推进到超过临界能量之上，打断一个关键的键，这样钴原子就能够移动位置。当分子链中的铜原子个数由2个变为5个时，钴原子就比较难变换位置。这证明了可以通过改变分子结构来调控原子开关的动力学过程。
科学家们还发现STM针尖的位置很关键。这一点是他们通过对分子噪声的原子尺度分辨率的详细测量发现的。然后他们通过对噪声的分析可以得到一个开关速度和概率的空间分布图。从这个图中，科学家们发现当STM针尖的位置在钴原子左边时，开关的概率是最大的。根据这篇论文，这个结果与对电子结构的理论计算结果相吻合。
在论文中作者写道：“这个结果说明通过对分子轨道的分析来指导纳米结构中单个原子的设计和控制是可能的。”
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