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在线模拟游戏向公众提供石墨烯研究

2019-07-15 08:48:58 • 来源：

维也纳大学的Toma Susi团队使用最先进的电子显微镜UltraSTEM，以原子精度操纵强烈束缚的材料。由于仪器是完全计算机化的，因此可以在模拟中显示研究人员如何实际使用它们。这使得最新材料科学研究的引人注目且基本上是真实的。维也纳技术博物馆在特别展览中展出的模拟游戏现已在线提供，同时还有单壁碳纳米管中硅杂质处理的最新研究进展。

在线模拟游戏向公众提供石墨烯研究

电子显微镜比光学显微镜具有更高的分辨率。虽然光学显微镜使用可见光成像并因此可以将物体成像到千分之一毫米，但电子显微镜使用电子束并且可以将更小的物体成像到单个原子，例如石墨烯晶格中的硅杂质。维也纳大学的Nion UltraSTEM扫描透射电子显微镜可以放大5000万倍，完全由计算机控制。由于图像对比度取决于电子在每个位置散射的程度 - 而这又取决于原子核的电荷，硅的质子多于碳 - 研究人员可以直接看到杂质所在的位置。

除了成像之外，显微镜的聚焦电子束可用于移动原子。光束中的每个电子很可能被目标原子的原子核散射回来，使原子在相反方向上受到小推动，正如该组早期研究所揭示的那样。电子束逐行扫描石墨烯样品，揭示构成晶格的碳原子的位置，以及更明亮的硅杂质。在实践中，通过在控制显微镜的计算机屏幕上移动鼠标光标来引导电子束电子产品。“因此，实际上，我们正在玩电脑游戏以进行研究，”Susi解释道。“我小时候经常玩很多游戏，而且我注意到我比一些习惯触摸屏的年轻同事更快。”

聚焦在单壁碳纳米管的弯曲壁内的硅杂质原子旁边的碳原子上的电子束可以可控制地使其跳跃到放置光束的位置。图片来源：©Toma Susi /维也纳大学

模拟游戏是去年11月在维也纳技术博物馆开幕的特别展览的一部分，还展示了用于研究的典型样本以及基础物理学的信息。现在，为了吸引更多的观众，该团队正在推出一个内容相同的网站，包括一个名为“Atom Tractor Beam” 的模拟游戏的基于浏览器的版本。这个名字的灵感来自于星际迷航(Star Trek)推广的具有吸引力的能量束的科幻概念。“这个名称是合适的，因为硅杂质移动到光标指向的位置，好像被电子束所吸引，”Susi总结道。

在网站发布的同时，该团队在Advanced Functional Materials发表的一篇文章中报道了他们在原子操作方面的最新研究进展。在这项工作中，该团队证明，迄今为止在石墨烯中研究过的硅杂质也可以在单壁碳纳米管中进行可控制的操作。由于这些是一维结构，这种进步可以使新型可调电子设备成为可能。

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