La résolution des microscopes à effet tunnel peut être considérablement améliorée en attachant de petites molécules ou atomes à leur pointe. Les images résultantes ont été les premières à montrer la structure géométrique des molécules et ont suscité beaucoup d'intérêt parmi les scientifiques au cours des dernières années. Des scientifiques du Forschungszentrum Jülich et de l'Académie des sciences de la République tchèque à Prague ont maintenant utilisé des simulations informatiques pour mieux comprendre la physique de ces nouvelles techniques d'imagerie. Une de ces techniques a été présentée dans la revue Science par des scientifiques américains ce printemps. Les résultats sont maintenant publiés dans la revue Lettres d'examen physique .

« Une comparaison entre les résultats expérimentaux et nos simulations montre une excellente concordance et que, donc, notre modèle théorique est capable d'expliquer le mécanisme derrière les images microscopiques dans cette famille de techniques, ", explique le professeur Tautz du Forschungszentrum Jülich. "Cette comparaison est essentielle pour analyser les images."

Avec ses collègues de l'Institut Peter Grünberg (PGI-3), en 2008, Tautz a introduit la méthode d'attachement de molécules uniques - initialement des molécules d'hydrogène, plus tard, des molécules telles que le monoxyde de carbone - à la pointe d'un microscope à effet tunnel et en les utilisant comme sondes de mesure extrêmement sensibles. La communauté scientifique a répondu avec grand intérêt à cette méthode, et la technique n'a cessé depuis de s'affiner. Il permet aux microscopes à effet tunnel d'être utilisés comme une sorte de microscope à force atomique capable d'imager la structure géométrique des molécules avec une précision sans précédent.

"Les nuages ​​de charge de valence des molécules organiques complexes s'étendent souvent sur toute la molécule, cachant ainsi sa structure atomique, " dit Tautz. Les molécules liées de manière flexible à la pointe du microscope peuvent être utilisées comme capteurs et transducteurs de signaux sur mesure qui sont néanmoins capables de rendre la structure atomique visible.

Dans les dernières années, de tels capteurs atomiques se sont également avérés utiles pour travailler avec des microscopes à force atomique. Puis, en mai 2014, scientifiques de l'Université de Californie, Irvine, ont montré pour la première fois que ces capteurs peuvent également être utilisés pour améliorer les signaux dans un mode d'imagerie connexe connu sous le nom de spectroscopie à effet tunnel électronique inélastique. Dans ce cas, c'est la vibration de la molécule du capteur contre la pointe du microscope qui réagit de manière sensible au potentiel de surface de l'échantillon scanné.

"Nos calculs montrent l'effet des forces électrostatiques sur l'AFM haute résolution, STM, et images IETS", explique le Dr Pavel Jelínek de l'Institut de physique de l'Académie des sciences de la République tchèque à Prague. "Nous pensons que les résultats de ce travail sont une contribution importante à l'utilisation de la spectroscopie à effet tunnel électronique inélastique qui permettra à la technique d'être utilisée comme source supplémentaire d'informations en science des matériaux et de dériver des paramètres supplémentaires à partir des images."