Het team van Toma Susi van de Universiteit van Wenen gebruikt een ultramoderne elektronenmicroscoop, de UltraSTEM, om sterk gebonden materialen met atomaire precisie te manipuleren. Omdat de instrumenten volledig geautomatiseerd zijn, het is mogelijk om in een simulatie te laten zien hoe onderzoekers ze daadwerkelijk gebruiken. Dit zorgt voor boeiende en grotendeels realistische presentaties van het meest recente onderzoek in de materiaalkunde. Een simulatiespel dat in een speciale tentoonstelling in het Weense Technisch Museum te zien is, is nu online beschikbaar, samen met de nieuwste onderzoeksvooruitgang van manipulatie van siliciumonzuiverheden in enkelwandige koolstofnanobuizen.

Elektronenmicroscopen maken een veel grotere resolutie mogelijk dan optische microscopen. Terwijl optische microscopen beelden afbeelden met zichtbaar licht en dus objecten tot op een duizendste van een millimeter kunnen afbeelden, elektronenmicroscopen gebruiken elektronenstralen en kunnen veel kleinere objecten in beeld brengen, tot individuele atomen, zoals siliciumonzuiverheden in het rooster van grafeen. De Nion UltraSTEM scanning transmissie-elektronenmicroscoop van de Universiteit van Wenen maakt een vergroting van 50 miljoen X mogelijk, en is volledig computergestuurd. Aangezien het beeldcontrast afhangt van hoeveel de elektronen op elke locatie worden verstrooid, wat, beurtelings, wordt bepaald door de lading van de kern, met silicium met meer protonen dan koolstof - onderzoekers kunnen direct zien waar de onzuiverheden zich bevinden.

Naast beeldvorming, de gefocusseerde elektronenbundel van de microscoop kan worden gebruikt om de atomen te verplaatsen. Elk elektron van de bundel heeft een kleine kans om teruggestrooid te worden door de kern van het beoogde atoom, het atoom een ​​klein duwtje in de tegenovergestelde richting geven, zoals blijkt uit eerder onderzoek van de groep. De elektronenstraal scant lijn voor lijn over een grafeenmonster, het onthullen van de locaties van de koolstofatomen waaruit het rooster bestaat, evenals de helderdere siliciumonzuiverheden. In praktijk, de elektronenstraal wordt gestuurd door een muiscursor op een computerscherm te bewegen, die de elektronica van de microscoop aanstuurt. "Dus, in werkelijkheid, we spelen een computerspel om ons onderzoek te doen, Susi legt uit. "Ik speelde veel games toen ik jonger was, en ik merk dat ik sneller ben dan sommige van mijn jongere collega's die meer gewend zijn aan touchscreens."

Het simulatiespel maakt deel uit van een speciale tentoonstelling die afgelopen november werd geopend in het Technische Museum van Wenen, en bevat ook typische voorbeelden die voor het onderzoek worden gebruikt, evenals informatie over de onderliggende fysica. Nutsvoorzieningen, om een ​​nog groter publiek te bereiken, het team lanceert een website met dezelfde inhoud, inclusief een browsergebaseerde versie van het simulatiespel "Atom Tractor Beam". De naam is geïnspireerd op het sciencefictionconcept van een aantrekkelijke energiestraal, gepopulariseerd door Star Trek . "De naam is passend, aangezien de siliciumonzuiverheden zich verplaatsen naar de plaats waar de cursor wijst, alsof ze worden aangetrokken door de elektronenstraal, ' concludeert Susi.

Gelijktijdig met de lancering van de website, het team heeft hun laatste onderzoeksvooruitgang op het gebied van atoommanipulatie gerapporteerd in een artikel gepubliceerd door Geavanceerde functionele materialen . In dit werk, het team toont aan dat silicium onzuiverheden, die tot nu toe zijn bestudeerd in grafeen, kunnen ook controleerbaar worden gemanipuleerd in enkelwandige koolstofnanobuisjes. Aangezien deze beperkt zijn, eendimensionale structuren, deze vooruitgang kan nieuwe soorten afstembare elektronische apparaten mogelijk maken.