Les chercheurs ont utilisé une technique similaire à l'IRM pour suivre le mouvement d'atomes individuels en temps réel alors qu'ils se regroupent pour former des matériaux bidimensionnels, qui sont une seule couche atomique d'épaisseur.

Les résultats, rapporté dans le journal Lettres d'examen physique , pourrait être utilisé pour concevoir de nouveaux types de matériaux et de dispositifs de technologie quantique. Les chercheurs, de l'Université de Cambridge, capturé le mouvement des atomes à des vitesses qui sont huit ordres de grandeur trop rapides pour les microscopes conventionnels.

Matériaux bidimensionnels, comme le graphène, ont le potentiel d'améliorer les performances des appareils existants et nouveaux, en raison de leurs propriétés uniques, comme une conductivité et une résistance exceptionnelles. Les matériaux bidimensionnels ont un large éventail d'applications potentielles, de la biodétection et de l'administration de médicaments à l'information quantique et à l'informatique quantique. Cependant, pour que les matériaux bidimensionnels atteignent leur plein potentiel, leurs propriétés doivent être affinées grâce à un processus de croissance contrôlé.

Ces matériaux se forment normalement lorsque les atomes « sautent » sur un substrat de support jusqu'à ce qu'ils se fixent à un groupe en croissance. Être capable de surveiller ce processus donne aux scientifiques un contrôle beaucoup plus grand sur les matériaux finis. Cependant, pour la plupart des matériaux, ce processus se produit si rapidement et à des températures si élevées qu'il ne peut être suivi qu'à l'aide d'instantanés d'une surface gelée, capturer un seul moment plutôt que l'ensemble du processus.

Maintenant, des chercheurs de l'Université de Cambridge ont suivi l'ensemble du processus en temps réel, à des températures comparables à celles utilisées dans l'industrie.

Les chercheurs ont utilisé une technique connue sous le nom d'« écho de spin à l'hélium », qui a été développé à Cambridge au cours des 15 dernières années. La technique présente des similitudes avec l'imagerie par résonance magnétique (IRM), mais utilise un faisceau d'atomes d'hélium pour « éclairer » une surface cible, semblable aux sources lumineuses dans les microscopes de tous les jours.

« En utilisant cette technique, nous pouvons faire des expériences de type IRM à la volée lorsque les atomes se dispersent, " a déclaré le Dr Nadav Avidor du laboratoire Cavendish de Cambridge, l'auteur principal de l'article. "Si vous pensez à une source lumineuse qui projette des photons sur un échantillon, alors que ces photons reviennent à vos yeux, vous pouvez voir ce qui se passe dans l'échantillon."

Au lieu de photons cependant, Avidor et ses collègues utilisent des atomes d'hélium pour observer ce qui se passe à la surface de l'échantillon. L'interaction de l'hélium avec les atomes à la surface permet de déduire le mouvement des espèces de surface.

À l'aide d'un échantillon d'essai d'atomes d'oxygène se déplaçant à la surface du ruthénium métallique, les chercheurs ont enregistré la rupture et la formation spontanées d'amas d'oxygène, juste quelques atomes en taille, et les atomes qui diffusent rapidement entre les amas.

"Cette technique n'est pas nouvelle, mais il n'a jamais été utilisé de cette façon, mesurer la croissance d'un matériau bidimensionnel, " dit Avidor. " Si vous regardez l'histoire de la spectroscopie, les sondes basées sur la lumière ont révolutionné notre façon de voir le monde, et l'étape suivante, les sondes électroniques, nous a permis d'en voir encore plus.

"Nous allons maintenant une autre étape au-delà de cela, aux sondes atomiques, nous permettant d'observer des phénomènes à l'échelle plus atomique. Outre son utilité dans la conception et la fabrication des futurs matériaux et dispositifs, Je suis impatient de découvrir ce que nous pourrons voir d'autre."