Richard Feynman ställde den berömda frågan 1959:är det möjligt att se och manipulera enskilda atomer i material? Under en tid verkade hans vision mer science fiction än vetenskap, men från och med banbrytande experiment i slutet av 1980-talet och nyare utveckling inom elektronmikroskopiinstrumentering har det blivit vetenskaplig verklighet. Dock, skador orsakade av elektronstrålen är ofta ett problem i sådana experiment.

Den aktuella studien fokuserade på enskiktsgrafen med kiselatomer inbäddade i gittret, tidigare skapat och studerat av kollaboratörerna från Manchester och Daresbury i Storbritannien. På grund av den större storleken på kisel jämfört med kol, dessa dopningsatomer sticker ut från planet, vilket ger intressant dynamik under elektronstrålen. De detaljerade simuleringarna som utfördes vid universitetet i Wien visade att de 60 kiloelektronvoltelektroner som de banbrytande Nion-mikroskopen från båda teamen använder för att avbilda strukturen inte är tillräckligt energiska för att sannolikt orsaka direkt utstötning av atomer, i linje med vad som hade observerats.

Avgörande, dock, kolatomer bredvid ett kiseldopmedel är något mindre starkt bundna, och kan få precis tillräckligt med en spark så att de nästan flyr från gallret, men återfångas på grund av en attraktiv interaktion med kiselatomen. Under tiden, kislet slappnar av till gitterpositionen som lämnas tomt av den påverkade kolatomen, som alltså landar tillbaka i gallret på motsatt sida från där den startade. I själva verket, kisel-kolbindningen är inverterad, som direkt sågs av mikroskopiteamen. Att analysera experimentdata från nästan 40 sådana hopp gav en sannolikhet som kunde jämföras direkt med simuleringarna, med anmärkningsvärd samstämmighet.

Förutom att vara vacker fysik, fynden öppnar lovande möjligheter för ingenjörskonst i atomär skala:"Vad som gör våra resultat verkligt spännande är att bindningsflippen är riktad - kislet flyttar för att ta platsen för kolatomen som träffades av en sondelektron", förklarar huvudförfattaren Toma Susi, fysiker och FWF Lise Meitner Fellow vid universitetet i Wien. "Detta betyder att det borde vara möjligt att kontrollera rörelsen av en eller flera kiselatomer i gittret med atomär precision. Så kanske vi kommer att se en ny sorts kvantkorral eller en universitetslogotyp gjord av kiselatomer i grafen inom en snar framtid. framtida", avslutar han.