Teamet av Toma Susi vid universitetet i Wien använder ett toppmodern elektronmikroskop, UltraSTEM, att manipulera starkt bundna material med atomprecision. Eftersom instrumenten är helt datoriserade, det är möjligt att i en simulering visa hur forskare faktiskt använder dem. Detta möjliggör övertygande och i stort sett realistiska presentationer av den senaste forskningen inom materialvetenskap. Ett simuleringsspel som visas på Wiens tekniska museum i en specialutställning är nu tillgängligt online, tillsammans med det senaste forskningsframsteget för manipulation av kiselrenhet i enväggiga kolnanorör.

Elektronmikroskop möjliggör mycket större upplösning än optiska mikroskop. Medan optiska mikroskop avbildar med synligt ljus och därmed kan bildobjekt ner till en tusendels millimeter, elektronmikroskop använder elektronstrålar och kan avbilda mycket mindre objekt, ner till enskilda atomer, såsom kiselföroreningar i grafenens gitter. Nion UltraSTEM skanningsöverföringselektronmikroskop från universitetet i Wien tillåter en 50 miljoner X förstoring, och är helt datorstyrd. Eftersom bildkontrast beror på hur mycket elektronerna är spridda på varje plats - vilket, i tur och ordning, bestäms av kärnans laddning, med kisel som har fler protoner än kol - forskare kan se direkt var orenheterna finns.

Förutom bildbehandling, mikroskopets fokuserade elektronstråle kan användas för att flytta atomerna. Varje elektron i strålen har en liten chans att spridas tillbaka av kärnan i målatomen, ger atomen ett litet tryck i motsatt riktning, som avslöjats av tidigare forskning från gruppen. Elektronstrålen skannar över ett grafenprov rad för rad, avslöjar platserna för kolatomerna som bildar gallret, samt de ljusare kiselföroreningarna. I praktiken, elektronstrålen styrs genom att flytta en musmarkör på en datorskärm, som styr mikroskopelektroniken. "Så, i själva verket, vi spelar ett dataspel för att göra vår forskning, "Susi förklarar." Jag spelade många spel när jag var yngre, och jag märker att jag är snabbare än några av mina yngre kollegor som är mer vana vid pekskärmar. "

Simuleringsspelet är en del av en specialutställning som öppnade i november förra året på Wiens tekniska museum, och innehåller också typiska prover som används för forskningen samt information om den underliggande fysiken. Nu, för att nå en ännu större publik, teamet lanserar en webbplats med samma innehåll, inklusive en webbläsarbaserad version av simuleringsspelet som heter "Atom Tractor Beam". Namnet är inspirerat av science fiction -konceptet om en attraktiv energistråle som populariserats av Star Trek . "Namnet är lämpligt, eftersom kiselföroreningarna rör sig till den plats där markören pekar, som om de lockas av elektronstrålen, "Avslutar Susi.

Samtidigt med lanseringen av webbplatsen, laget har rapporterat deras senaste forskningsframsteg inom atommanipulation i en artikel publicerad av Avancerade funktionella material . I det här arbetet, teamet visar att kiselföroreningar, som hittills har studerats i grafen, kan också kontrollerbart manipuleras i enväggiga kolnanorör. Eftersom dessa är begränsade, endimensionella strukturer, detta framsteg kan möjliggöra nya sorters avstämbara elektroniska enheter.