Toute matière est composée d'atomes, qui sont trop petits pour être vus sans instruments modernes puissants, y compris les microscopes électroniques. Les mêmes électrons qui forment des images de structures atomiques peuvent également être utilisés pour déplacer des atomes dans des matériaux. Cette technique de manipulation d'un seul atome, mis au point par des chercheurs de l'Université de Vienne, est maintenant capable d'obtenir un contrôle presque parfait sur le mouvement des atomes d'impuretés de silicium individuels dans le réseau de graphène, la feuille de carbone bidimensionnelle. Les derniers résultats sont publiés dans la revue scientifique Lettres nano .

En tant que réalisation historique en nanotechnologie, le microscope à effet tunnel est capable depuis la fin des années 1980 de déplacer des atomes sur des surfaces, et a été jusqu'à très récemment la seule technologie capable de déplacer des atomes individuels d'une manière aussi contrôlée. Maintenant, le microscope électronique à balayage par transmission (STEM) est capable de focaliser de manière fiable un faisceau d'électrons avec une précision subatomique, permettant aux scientifiques de voir directement chaque atome dans des matériaux bidimensionnels comme le graphène, et aussi pour cibler des atomes isolés avec le faisceau. Chaque électron a une infime chance de se disperser à partir d'un noyau, en lui donnant un coup de pied dans la direction opposée.

En s'appuyant sur les travaux publiés ces dernières années, une équipe de recherche de l'Université de Vienne dirigée par Toma Susi a maintenant utilisé le microscope électronique avancé Nion UltraSTEM100 pour déplacer des atomes de silicium uniques dans le graphène avec une précision véritablement atomique. Même en mode manuel, le taux de mouvement atteint est déjà comparable à l'état de l'art dans toute technique de précision atomique. "Le contrôle que nous sommes capables d'obtenir en dirigeant essentiellement le faisceau d'électrons à la main est déjà remarquable, mais nous avons en outre fait les premiers pas vers l'automatisation en détectant les sauts en temps réel, " dit Susi. Les nouveaux résultats améliorent également les modèles théoriques du processus en incluant des simulations réalisées par des collaborateurs en Belgique et en Norvège.

Au total, les chercheurs ont enregistré près de 300 sauts contrôlés. Complémentaire aux trajets étendus ou se déplaçant autour d'un seul hexagone constitué d'atomes de carbone dans le graphène, une impureté de silicium pourrait être déplacée entre deux sites de réseau voisins séparés d'un dixième de milliardième de mètre, comme actionner un interrupteur de taille atomique. En principe, cela pourrait être utilisé pour stocker un bit d'information à une densité record. Le Dr Susi conclut, "Votre ordinateur ou votre téléphone portable n'aura pas de mémoire atomique de sitôt, mais les atomes d'impureté de graphène semblent avoir un potentiel en tant que bits proche des limites de ce qui est physiquement possible. »