ERC Starting Grant für Physiker Toma Susi

"ERC-Grants sind ein wichtiger Indikator für die internationale Wettbewerbsfähigkeit einer Universität und ermöglichen Spitzenforschung. Ich freue mich, dass wir nun insgesamt 40 ERC Grants an der Universität Wien haben", so Rektor Heinz W. Engl.

Toma Susi
Materialien werden über ihre chemische Struktur definiert, d.h. welche Atome wo angeordnet sind. Um die Materialeigenschaften zu kontrollieren, kann man die Atome entweder neu anordnen oder austauschen. Das einzige Gerät, mit dem man direkt einzelne Atome manipulieren kann, ist bisher das Rastersondenmikroskop – damit lassen sich seit den späten 1980ern schwach gebundene Atome über Oberflächen weit unterhalb der Raumtemperatur bewegen. Erst seit einigen Jahren ist es möglich, mit einem in seiner Funktion grundlegend anderen Instrument, dem Rasterdurchstrahlungselektronenmikroskop (STEM), einen Elektronenstrahl mit subatomarer Präzision zu erzeugen. Damit können ForscherInnen jedes Atom in zwei-dimensionalen (2D) Materialien wie Graphen direkt sehen und den Elektronenstrahl auch auf einzelne Atome fokussieren.

Im Jahr 2014 entdeckte Susi gemeinsam mit KollegInnen aus Großbritannien, dass Silizium-Fremdatome, die man gelegentlich in Graphen vorfinden kann, während der Bildaufnahme einen Sprung vollführen. Computersimulationen erklärten den zugrundeliegenden Mechanismus – ein Elektron "stößt" ein dem Silizium-Atom benachbartes Kohlenstoff-Atom – und zeigten dabei, dass der Elektronenstrahl verwendet werden kann, um stark gebundene Materialien mit atomarer Genauigkeit zu manipulieren. Mit der finanziellen Unterstützung des Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und in Zusammenarbeit mit Jani Kotakoski und Jannik Meyer von der Fakultät für Physik der Universität Wien gelang Susi im vergangen Jahr die erste kontrollierte Bewegung eines Silizium-Atoms. Damit legte er die Grundlage für das ERC-Projekt, das sie im ersten Review-Artikel zu diesem Thema beschreiben.

In den nächsten fünf Jahren wird Susi mit dem multidisziplinären ERC Starting Grant-Projekt "Atomic precision materials engineering (ATMEN)" Experiment und Computersimulation kombinieren, um ein praktisches Verfahren der Elektronenstrahl-Manipulation zu entwickeln. Die Projektziele umfassen das verbesserte Verständnis des ursächlichen Mechanismus, den Fortschritt bei der Atom-Implantation jenseits von Silizium, die Beschleunigung von genauer Modellierung und die Automatisierung von Manipulationen. Das kontrollierte Modifizieren von stark gebundenen Materialien auf atomarer Ebene wird neue Perspektiven für die Nanotechnologie eröffnen und ein Höchstmaß an Kontrolle erlauben, um viele Fragen der Materialwissenschaften zu untersuchen.

Zur Person
Toma Susi, geboren und ausgebildet in Helsinki (Finnland), schloss 2011 sein prämiertes Doktorat in Nanomaterialien an der Aalto-Universität ab. Das zweijährige Forschungsstipendium des Lise-Meitner-Programms des Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF führte ihn 2013 an die Universität Wien, gefolgt von der Leitung eines FWF-Einzelprojekts. Susi arbeitet zu Materialsynthese, Spektroskopie, Elektronenmikroskopie und -modellierung. Als Autor von über 30 Forschungs- und Review-Artikeln größtenteils zum Thema Heteroatom-dotierte Kohlenstoffnanoröhren und Graphen ist er aktiver Teilnehmer und Organisator internationaler Konferenzen und ein Befürworter von Open Access Publishing.

Insgesamt bereits 40 ERC Grants für die Universität Wien
Seit 2007 wurden bisher 20 ForscherInnen mit einem ERC Starting Grant ausgezeichnet. Dank vierzehn Advanced Grants, einem ERC Proof of Concept und fünf ERC Consolidator Grants liegt die Universität Wien bei nunmehr 40 ERC-Förderungen.

Review-Artikel
T. Susi et al., Towards atomically precise manipulation of 2D nanostructures in the electron microscope, 2D Materials (2017)
doi:10.1088/2053-1583/aa878f  (Open Access)