Una instantánea de los átomos de un gas noble emerge del interior de un sándwich de grafeno – Physics World

Científicos de las Universidades de Viena, Austria y Helsinki, Finlandia, han capturado las primeras imágenes directas de grupos de átomos de gases nobles a temperatura ambiente confinándolos en un "sándwich" hecho de dos capas de grafeno. Tomadas con un microscopio electrónico de transmisión, las imágenes podrían ayudar en la investigación fundamental de la física de la materia condensada y podrían tener aplicaciones en la tecnología cuántica.

Dirigido por el físico Jani Kotakoski, el equipo obtuvo las imágenes mientras estudiaba cómo la radiación modifica las propiedades del grafeno (una lámina de carbono de sólo un átomo de espesor) y otros materiales bidimensionales unidos por interacciones débiles de van der Waals. Los científicos notaron que cuando usaban iones de gases nobles para irradiar una muestra de grafeno multicapa, los iones podían quedar atrapados entre dos láminas del material. Para que esto sucediera, la energía de los iones irradiados tenía que ser la adecuada: lo suficientemente rápida como para atravesar la primera lámina, pero no la segunda.

"Lo logramos implantando iones de gases nobles en estructuras multicapa", explica un miembro del equipo Manuel Langle, quien comenzó trabajando en este proyecto durante su tesis de maestría a finales de 2017. "Si encontramos los iones implantados en una muestra de cinco capas pero no de dos, sabemos que la energía es demasiado alta".

En su trabajo, publicado en Naturaleza Materiales, los investigadores estudiaron grupos de iones de criptón y xenón mediante microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM). Descubrieron que para muestras irradiadas con criptón, la implantación exitosa entre dos capas de grafeno se produjo a 60 eV. Para las muestras irradiadas con xenón, el "punto óptimo" estaba entre 55 eV y 65 eV.

Nanoclusters bidimensionales densamente empaquetados

Debido a que los gases nobles son en su mayoría inertes y rara vez forman enlaces químicos, los átomos pueden moverse libremente dentro de su sándwich de grafeno. Sin embargo, en ciertas regiones, dos o más átomos pueden unirse y formar nanoclusters bidimensionales regulares y densamente empaquetados. Estos nanoclusters constituyen un excelente banco de pruebas para estudios de sistemas que interactúan muy débilmente.

Los investigadores descubrieron que los grupos de xenón formados por hasta 100 átomos se comportan como sistemas sólidos, pero que los grupos de criptón que contienen tan solo 16 átomos a veces muestran un comportamiento similar al de un fluido. Aunque todavía no entienden por qué, dicen que el hallazgo podría abrir un nuevo campo de estudio centrado en los materiales encapsulados de Van der Waal.

Átomos individuales nadan dentro de un sándwich de grafeno

 Según Längle y Kotakoski, las aplicaciones de estas estructuras son difíciles de predecir en la actualidad. Sin embargo, dado que los gases nobles se emplean habitualmente en fuentes de luz y láseres, podrían tener algún uso futuro en la tecnología de la información cuántica.

 Mirando hacia adelante, el El equipo Viena-Helsinki planea ahora repetir los experimentos a diferentes temperaturas y presiones. "También planeamos estudiar mezclas de gases y observar diferentes materiales bidimensionales como el nitruro de boro hexagonal (a veces llamado 'primo del grafeno') o estructuras multicapa", dice Längle. Mundo de la física.