Pilt väärisgaasi aatomitest ilmub grafeenivõileivast – Physics World

Soome Viini, Austria ja Helsingi ülikoolide teadlased on jäädvustanud esimesed otsesed pildid toatemperatuuril väärisgaasi aatomite klastrite kohta, piirates need kahest grafeenikihist valmistatud "võileivaga". Ülekandeelektronmikroskoobiga tehtud kujutised võivad aidata kaasa kondenseeritud aine füüsika põhiuuringutele ja neil võib olla rakendusi kvanttehnoloogias.

Füüsiku juhtimisel Jani Kotakoski, sai meeskond pilte, uurides, kuidas kiirgus muudab grafeeni (ainult ühe aatomi paksuse süsiniku leht) ja teiste kahemõõtmeliste materjalide omadusi, mida hoiavad koos nõrgad van der Waalsi vastasmõjud. Teadlased märkasid, et kui nad kasutasid väärisgaasiioone mitmekihilise grafeeni proovi kiiritamiseks, võivad ioonid jääda kahe materjali lehe vahele. Et see juhtuks, pidi kiiritavate ioonide energia olema täpselt õige: piisavalt kiire, et läbida esimene, kuid mitte teine.

"Meil õnnestus seda teha, siirdades väärisgaasiioonid mitmekihilistesse struktuuridesse," selgitab meeskonnaliige. Manuel Längle, kes alustas töötas selle projekti kallal oma magistritöö ajal 2017. aasta lõpus. "Kui leiame siirdatud ioonid viiekihilisest, kuid mitte kahekihilisest proovist, teame, et energia on liiga kõrge."

Nende töös, mis on avaldatud aastal loodus materjalid, uurisid teadlased krüptoni ja ksenooni ioonide klastreid, kasutades skaneerivat ülekandeelektronmikroskoopiat (STEM). Nad leidsid, et krüptooniga kiiritatud proovide puhul toimus edukas implanteerimine kahe grafeenikihi vahel 60 eV juures. Ksenooniga kiiritatud proovide puhul oli "magus koht" vahemikus 55 eV kuni 65 eV.

Tihedalt pakitud kahemõõtmelised nanoklastrid

Kuna väärisgaasid on enamasti inertsed ja moodustavad harva keemilisi sidemeid, saavad aatomid oma grafeenikihis vabalt liikuda. Teatud piirkondades võivad aga kaks või enam aatomit kokku tulla ja moodustada korrapäraseid, tihedalt pakitud kahemõõtmelisi nanoklastreid. Need nanoklastrid on suurepärane katsealus väga nõrgalt interakteeruvate süsteemide uurimiseks.

Teadlased leidsid, et kuni 100 aatomist koosnevad ksenooniklastrid käituvad nagu tahked süsteemid, kuid vaid 16 aatomist koosnevad krüptooniklastrid käituvad mõnikord vedelikutaoliselt. Kuigi nad ei mõista veel põhjust, väidavad nad, et leid võib avada uue uurimisvaldkonna, mis keskendub kapseldatud van der Waali materjalidele.

Üksikud aatomid ujuvad grafeenivõileiva sees

 Längle ja Kotakoski, on nende struktuuride rakendusi praegu raske ennustada. Kuna aga väärisgaase kasutatakse rutiinselt valgusallikates ja laserites, võib neid tulevikus kasutada kvantinfotehnoloogias.

 Tulevikku vaadates Viini-Helsingi meeskond kavatseb nüüd katseid korrata erinevatel temperatuuridel ja rõhkudel. "Kavatseme uurida ka gaasisegusid ja uurida erinevaid kahemõõtmelisi materjale, nagu kuusnurkne boornitriid (mida mõnikord nimetatakse "grafeeni nõbuks") või mitmekihilisi struktuure," räägib Längle. Füüsika maailm.