Les propriétés des matériaux sont souvent définies par les imperfections de leur structure atomique, surtout lorsque le matériau lui-même n'a qu'un atome d'épaisseur, comme le graphène. Des chercheurs de l'Université de Vienne ont maintenant développé une méthode pour la création contrôlée de telles imperfections dans le graphène à des échelles de longueur approchant le monde macroscopique. Ces résultats, confirmé par des images au microscope à résolution atomique et publié dans la revue Lettres nano , servir de point de départ essentiel à la fois pour adapter le graphène aux applications et pour le développement de nouveaux matériaux.

Le graphène est constitué d'atomes de carbone disposés en forme de grillage. Ce matériau d'un atome d'épaisseur est célèbre pour ses nombreuses propriétés extraordinaires, telles qu'une résistance extrême et une capacité remarquable à conduire l'électricité. Depuis sa découverte, les chercheurs ont cherché des moyens d'adapter davantage le graphène grâce à une manipulation contrôlée de sa structure atomique. Cependant, jusqu'à maintenant, ces modifications n'ont été confirmées que localement, en raison des défis liés à l'imagerie à résolution atomique de grands échantillons et à l'analyse de grands ensembles de données.

Maintenant, une équipe autour de Jani Kotakoski à l'Université de Vienne avec Nion Co. a combiné une configuration expérimentale construite autour d'un microscope Nion UltraSTEM 100 à résolution atomique et de nouvelles approches d'imagerie et d'analyse de données grâce à l'apprentissage automatique pour apporter un contrôle à l'échelle atomique du graphène vers des tailles d'échantillons macroscopiques. La procédure expérimentale est illustrée à la figure 1.

L'expérience commence par nettoyer le graphène par irradiation laser, après quoi il est modifié de manière contrôlable à l'aide d'une irradiation d'ions argon à faible énergie. Après avoir transféré l'échantillon au microscope sous vide, il est imagé à une résolution atomique avec un algorithme automatique. Les images enregistrées sont transmises à un réseau de neurones qui reconnaît la structure atomique, offrant un aperçu complet de l'altération à l'échelle atomique de l'échantillon.

"La clé du succès de l'expérience a été la combinaison de notre configuration expérimentale unique avec les nouveaux algorithmes d'imagerie automatisée et d'apprentissage automatique, " dit Alberto Trentino, l'auteur principal de l'étude. "Développer toutes les pièces nécessaires a été un véritable travail d'équipe, et maintenant ils peuvent être facilement utilisés pour des expériences de suivi, " poursuit-il. En effet, après cette modification confirmée à l'échelle atomique du graphène sur une grande surface, les chercheurs étendent déjà la méthode pour utiliser les imperfections structurelles créées pour ancrer les atomes d'impuretés à la structure. « Nous sommes enthousiasmés par la perspective de créer de nouveaux matériaux conçus à partir du niveau atomique, sur la base de cette méthode, " Jani Kotakoski, le chef de l'équipe de recherche, conclut.