Un fil de recherche mené dans le cadre d'une collaboration paneuropéenne dirigée par des scientifiques du département de physique appliquée de l'Université Aalto a donné des résultats importants pour la microscopie électronique du graphène dopé à l'azote et des nanotubes de carbone.

Un article publié en septembre dans la revue ACS Nano fournit une description atomistique détaillée des dommages induits par les faisceaux d'électrons dans ces structures importantes en combinant des méthodes de calcul avancées avec la microscopie électronique de pointe.

Toma Susi, chercheur postdoctoral au Département de physique appliquée de l'Université Aalto, a commencé à étudier le système en 2010 avec l'actuel chercheur de l'Université de Vienne, Jani Kotakoski.

"Notre travail a commencé comme une rencontre fortuite lors d'une session d'affiches d'un atelier. J'avais des questions auxquelles Jani pouvait répondre par la modélisation informatique. La collaboration s'est finalement étendue pour inclure 11 auteurs de cinq pays européens, " raconte Toma Susi.

Susi et ses collègues ont étudié comment les faisceaux d'électrons énergétiques utilisés dans les microscopes électroniques à transmission affectent les nanomatériaux à base de carbone dopés avec des atomes d'azote.

"Les microscopes fonctionnent essentiellement selon le même principe que les microscopes optiques, mais ils utilisent des ondes électroniques au lieu de la lumière pour l'imagerie. Les matériaux sont intéressants car ils ont des perspectives passionnantes pour la nanoélectronique, électrocatalyse et détection de gaz sans métal."

La liaison atomique exacte des dopants affecte grandement la modification résultante des propriétés de l'hôte. Les récents développements de pointe en instrumentation ont permis une analyse atome par atome et même une imagerie directe des sites d'azote dans le graphène. Cependant, puisque les électrons transportent de la quantité de mouvement, les collisions inélastiques peuvent conduire à l'éjection d'atomes du matériau cible, pouvant conduire à une identification erronée des structures dopantes non modifiées.

"Le plus excitant, nous pourrions directement imager l'éjection d'atomes de carbone à côté des dopants et jamais les dopants eux-mêmes - exactement comme les simulations l'avaient prédit, explique Susi."

En plus de fournir une meilleure compréhension de la stabilité à l'irradiation de ces structures, les résultats montrent que les changements structurels ne peuvent être négligés dans la caractérisation utilisant des électrons de haute énergie. Cette notion prendra de l'importance au fur et à mesure que les appareils deviendront plus puissants.

"Malgré les résultats scientifiques significatifs, l'histoire de notre article illustre bien le fonctionnement de la collaboration scientifique. J'ai donné une conférence lors du cinquième événement ScienceSLAM Helsinki sur l'histoire de l'article et j'ai suivi avec un article de blog comprenant une analyse des 720 e-mails échangés entre les co-auteurs. Étant donné que la recherche n'était pas directement liée à un travail de projet particulier, cela montre aussi à quoi un peu de liberté académique et des ressources assez modestes peuvent au mieux conduire. Je suis reconnaissant à notre chef de groupe, le professeur Esko Kauppinen, d'avoir soutenu notre ligne de travail. »