Il team di Toma Susi dell'Università di Vienna utilizza un microscopio elettronico all'avanguardia, l'UltraSTEM, manipolare materiali fortemente legati con precisione atomica. Poiché gli strumenti sono completamente informatizzati, è possibile mostrare in una simulazione come i ricercatori li utilizzano effettivamente. Ciò consente presentazioni convincenti e in gran parte realistiche delle ricerche più recenti nella scienza dei materiali. Un gioco di simulazione in mostra al Museo della Tecnica di Vienna in una mostra speciale è ora disponibile online, insieme agli ultimi progressi della ricerca sulla manipolazione delle impurità di silicio nei nanotubi di carbonio a parete singola.

I microscopi elettronici consentono una risoluzione molto maggiore rispetto ai microscopi ottici. Mentre i microscopi ottici visualizzano utilizzando la luce visibile e quindi possono visualizzare oggetti fino a un millesimo di millimetro, i microscopi elettronici utilizzano fasci di elettroni e possono acquisire immagini di oggetti molto più piccoli, fino ai singoli atomi, come le impurità di silicio nel reticolo del grafene. Il microscopio elettronico a trasmissione a scansione Nion UltraSTEM dell'Università di Vienna consente un ingrandimento di 50 milioni di X, ed è completamente controllato dal computer. Poiché il contrasto dell'immagine dipende da quanto gli elettroni sono dispersi in ciascuna posizione, che, a sua volta, è determinata dalla carica del nucleo, con il silicio che ha più protoni del carbonio, i ricercatori possono vedere direttamente dove si trovano le impurità.

Oltre all'imaging, il fascio di elettroni focalizzato del microscopio può essere usato per muovere gli atomi. Ogni elettrone del fascio ha una piccola possibilità di essere disperso dal nucleo dell'atomo preso di mira, dando all'atomo una piccola spinta nella direzione opposta, come rivelato da precedenti ricerche del gruppo. Il fascio di elettroni scansiona un campione di grafene linea per linea, rivelando le posizioni degli atomi di carbonio che compongono il reticolo, così come le impurità di silicio più luminose. In pratica, il fascio di elettroni viene diretto spostando il cursore del mouse sullo schermo di un computer, che controlla l'elettronica del microscopio. "Così, in effetti, stiamo giocando a un videogioco per fare le nostre ricerche, "Spiega Susi. "Giocavo a molti giochi quando ero più giovane, e noto che sono più veloce di alcuni dei miei colleghi più giovani che sono più abituati ai touch screen."

Il gioco di simulazione fa parte di una mostra speciale inaugurata lo scorso novembre al Museo della Tecnica di Vienna, e presenta anche campioni tipici utilizzati per la ricerca e informazioni sulla fisica sottostante. Ora, per raggiungere un pubblico ancora più vasto, il team sta lanciando un sito web con gli stessi contenuti, inclusa una versione basata su browser del gioco di simulazione chiamata "Atom Tractor Beam". Il nome è ispirato al concetto fantascientifico di un attraente raggio di energia reso popolare da Star Trek . "Il nome è appropriato, poiché le impurità di silicio si spostano nella posizione in cui è puntato il cursore, come attratto dal fascio di elettroni, " Conclude Susi.

In concomitanza con il lancio del sito web, il team ha riportato i loro ultimi progressi nella ricerca sulla manipolazione degli atomi in un articolo pubblicato da Materiali funzionali avanzati . In questo lavoro, il team dimostra che le impurità di silicio, che sono stati finora studiati nel grafene, può anche essere manipolato in modo controllabile in nanotubi di carbonio a parete singola. Poiché questi sono confinati, strutture unidimensionali, questo progresso potrebbe consentire nuovi tipi di dispositivi elettronici sintonizzabili.