Online simulationsspil gør grafenforskning tilgængelig for offentligheden

Holdet af Toma Susi ved universitetet i Wien bruger et avanceret elektronmikroskop, UltraSTEM, at manipulere stærkt bundne materialer med atomær præcision. Da instrumenterne er fuldt computeriserede, det er muligt i en simulation at vise, hvordan forskere rent faktisk bruger dem. Dette giver mulighed for overbevisende og stort set realistiske præsentationer af den seneste forskning inden for materialevidenskab. Et simulationsspil udstillet på Wiens tekniske museum i en særudstilling er nu tilgængelig online, sammen med det seneste forskningsfremskridt inden for manipulation af siliciumurenheder i enkeltvæggede kulstofnanorør.

Elektronmikroskoper muliggør meget større opløsning end optiske mikroskoper. Mens optiske mikroskoper afbilder ved hjælp af synligt lys og dermed kan afbilde objekter ned til en tusindedel af en millimeter, elektronmikroskoper bruger elektronstråler og kan afbilde meget mindre objekter, ned til individuelle atomer, såsom silicium urenheder i gitteret af grafen. Nion UltraSTEM scanningstransmissionselektronmikroskopet fra universitetet i Wien tillader en 50 millioner X forstørrelse, og er fuldt computerstyret. Da billedkontrast afhænger af, hvor meget elektronerne er spredt på hvert sted - hvilket, på tur, bestemmes af kernens ladning, med silicium, der har flere protoner end kulstof – forskerne kan se direkte, hvor urenhederne er placeret.

Ud over billedbehandling, mikroskopets fokuserede elektronstråle kan bruges til at flytte atomerne. Hver elektron i strålen har en lille chance for at blive spredt tilbage af kernen af ​​det målrettede atom, giver atomet et lille skub i den modsatte retning, som afsløret af tidligere forskning fra gruppen. Elektronstrålen scanner over en grafenprøve linje for linje, afsløre placeringen af ​​carbonatomerne, der udgør gitteret, samt de lysere siliciumurenheder. I praksis, elektronstrålen dirigeres ved at flytte en musemarkør på en computerskærm, som styrer mikroskopelektronikken. "Så, træde i kræft, vi spiller et computerspil for at lave vores research, " Susi forklarer. "Jeg plejede at spille mange spil, da jeg var yngre, og jeg mærker, at jeg er hurtigere end nogle af mine yngre kolleger, der er mere vant til touchskærme."

Simuleringsspillet er en del af en særudstilling, der åbnede i november sidste år på Wiens tekniske museum, og indeholder også typiske prøver brugt til forskningen samt information om den underliggende fysik. Nu, at nå ud til et endnu større publikum, holdet lancerer et websted med det samme indhold, inklusive en browser-baseret version af simulationsspillet kaldet "Atom Tractor Beam." Navnet er inspireret af science fiction-konceptet med en attraktiv stråle af energi populariseret af Star Trek . "Navnet er passende, da siliciumurenhederne flytter til det sted, hvor markøren peger, som om tiltrukket af elektronstrålen, " slutter Susi.

Samtidig med lanceringen af ​​hjemmesiden, holdet har rapporteret deres seneste forskningsfremskridt inden for atommanipulation i en artikel udgivet af Avancerede funktionelle materialer . I dette arbejde, holdet viser, at siliciumurenheder, som hidtil er blevet undersøgt i grafen, kan også manipuleres kontrollerbart i enkeltvæggede kulstof nanorør. Da disse er indespærrede, endimensionelle strukturer, dette fremskridt kan muliggøre nye former for justerbare elektroniske enheder.