L'équipe de Toma Susi de l'Université de Vienne utilise un microscope électronique à la pointe de la technologie, l'UltraSTEM, pour manipuler des matériaux fortement liés avec une précision atomique. Les instruments étant entièrement informatisés, il est possible de montrer dans une simulation comment les chercheurs les utilisent réellement. Cela permet des présentations convaincantes et largement réalistes des recherches les plus récentes en science des matériaux. Un jeu de simulation présenté au Musée technique de Vienne dans le cadre d'une exposition spéciale est désormais disponible en ligne, ainsi que les dernières avancées de la recherche sur la manipulation des impuretés de silicium dans les nanotubes de carbone à paroi unique.

Les microscopes électroniques permettent une résolution beaucoup plus grande que les microscopes optiques. Alors que les microscopes optiques imagent à l'aide de la lumière visible et peuvent ainsi imager des objets jusqu'au millième de millimètre, les microscopes électroniques utilisent des faisceaux d'électrons et peuvent imager des objets beaucoup plus petits, jusqu'aux atomes individuels, telles que les impuretés de silicium dans le réseau de graphène. Le microscope électronique à balayage à transmission Nion UltraSTEM de l'Université de Vienne permet un grossissement de 50 millions X, et est entièrement contrôlé par ordinateur. Étant donné que le contraste de l'image dépend de la quantité d'électrons dispersés à chaque emplacement, ce qui, à son tour, est déterminé par la charge du noyau, le silicium ayant plus de protons que de carbone, les chercheurs peuvent voir directement où se trouvent les impuretés.

En plus de l'imagerie, le faisceau d'électrons focalisé du microscope peut être utilisé pour déplacer les atomes. Chaque électron du faisceau a une petite chance d'être renvoyé par le noyau de l'atome ciblé, donner à l'atome une petite poussée dans la direction opposée, comme l'ont révélé les recherches antérieures du groupe. Le faisceau d'électrons balaye un échantillon de graphène ligne par ligne, révélant les emplacements des atomes de carbone qui composent le réseau, ainsi que les impuretés de silicium plus brillantes. En pratique, le faisceau d'électrons est dirigé en déplaçant un curseur de souris sur un écran d'ordinateur, qui contrôle l'électronique du microscope. "Donc, en effet, nous jouons à un jeu informatique pour faire nos recherches, " explique Susi. "Je jouais à beaucoup de jeux quand j'étais plus jeune, et je constate que je suis plus rapide que certains de mes jeunes collègues plus habitués aux écrans tactiles."

Le jeu de simulation fait partie d'une exposition spéciale qui a ouvert ses portes en novembre dernier au Musée technique de Vienne, et présente également des échantillons typiques utilisés pour la recherche ainsi que des informations sur la physique sous-jacente. Maintenant, pour toucher un public encore plus large, l'équipe lance un site web avec le même contenu, y compris une version basée sur un navigateur du jeu de simulation appelé "Atom Tractor Beam". Le nom est inspiré du concept de science-fiction d'un faisceau d'énergie attrayant popularisé par Star Trek . "Le nom est approprié, puisque les impuretés de silicium se déplacent vers l'emplacement où le curseur est pointé, comme attiré par le faisceau d'électrons, " conclut Susi.

Parallèlement au lancement du site internet, l'équipe a rapporté ses dernières avancées de recherche en manipulation d'atomes dans un article publié par Matériaux fonctionnels avancés . Dans ce travail, l'équipe démontre que les impuretés de silicium, qui ont jusqu'à présent été étudiées dans le graphène, peuvent également être manipulés de manière contrôlée dans des nanotubes de carbone à paroi unique. Comme ceux-ci sont confinés, structures unidimensionnelles, cette avancée peut permettre de nouveaux types d'appareils électroniques accordables.