عکس فوری از اتم های گاز نجیب از درون یک ساندویچ گرافن بیرون می آید - دنیای فیزیک

دانشمندان دانشگاه‌های وین، اتریش و هلسینکی، فنلاند، اولین تصاویر مستقیم از خوشه‌های اتم‌های گاز نجیب در دمای اتاق را با محصور کردن آنها در یک "ساندویچ" ساخته شده از دو لایه گرافن، ثبت کردند. این تصاویر که با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری گرفته شده‌اند، می‌توانند به تحقیقات بنیادی فیزیک ماده متراکم کمک کنند و ممکن است در فناوری کوانتومی کاربرد داشته باشند.

به رهبری فیزیکدان جانی کوتاکوسکیاین تیم تصاویر را در حین مطالعه چگونگی تغییر تشعشعات خواص گرافن (ورقه ای از کربن با ضخامت تنها یک اتم) و سایر مواد دو بعدی که توسط برهمکنش های ضعیف واندروالس در کنار هم قرار دارند، به دست آوردند. دانشمندان متوجه شدند که وقتی از یون‌های گاز نجیب برای تابش نمونه‌ای از گرافن چندلایه استفاده می‌کنند، یون‌ها می‌توانند بین دو ورقه ماده به دام بیفتند. برای اینکه این اتفاق بیفتد، انرژی یون های تابش شونده باید درست باشد: آنقدر سریع که از صفحه اول عبور کند، اما نه از صفحه دوم.

عضو تیم توضیح می دهد: "ما با کاشت یون های گاز نجیب در ساختارهای چند لایه موفق به انجام این کار شدیم." مانوئل لنگل، که شروع کرد در پایان پایان نامه کارشناسی ارشد خود در اواخر سال 2017 روی این پروژه کار می کرد. اگر یون های کاشته شده را در یک نمونه پنج لایه و نه یک نمونه دو لایه پیدا کنیم، می دانیم که انرژی بسیار زیاد است.

در کار خود که در منتشر شده است طبیعت موادمحققان خوشه‌های یون کریپتون و زنون را با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی (STEM) مورد مطالعه قرار دادند. آنها دریافتند که برای نمونه‌های پرتودهی شده با کریپتون، کاشت موفقیت‌آمیز بین دو لایه گرافن در ولتاژ ۶۰ eV رخ داده است. برای نمونه های تابش شده با زنون، "نقطه شیرین" بین 60 eV تا 55 eV بود.

نانوخوشه های دو بعدی با بسته بندی متراکم

از آنجایی که گازهای نجیب عمدتاً بی اثر هستند و به ندرت پیوندهای شیمیایی تشکیل می دهند، اتم ها می توانند آزادانه در ساندویچ گرافن خود حرکت کنند. با این حال، در نواحی خاصی، دو یا چند اتم می توانند با هم جمع شوند و نانوخوشه های دو بعدی منظم و متراکم تشکیل دهند. این نانوخوشه‌ها یک بستر آزمایشی عالی برای مطالعات سیستم‌های با تعامل بسیار ضعیف هستند.

محققان دریافتند که خوشه‌های زنون که از 100 اتم تشکیل شده‌اند، مانند سیستم‌های جامد عمل می‌کنند، اما خوشه‌های کریپتون حاوی کمتر از 16 اتم، گاهی اوقات رفتاری شبیه سیال از خود نشان می‌دهند. اگرچه آنها هنوز دلیل آن را درک نکرده‌اند، اما می‌گویند این یافته می‌تواند زمینه جدیدی از مطالعه را با تمرکز بر مواد واندروال کپسوله‌شده باز کند.

اتم های منفرد درون یک ساندویچ گرافن شنا می کنند

 به گفته Längle و کوتاکوسکی، پیش بینی کاربردهای این ساختارها در حال حاضر دشوار است. با این حال، از آنجایی که گازهای نجیب به طور معمول در منابع نور و لیزر استفاده می شوند، ممکن است در آینده در فناوری اطلاعات کوانتومی استفاده شوند.

 به دنبال آینده، تیم وین-هلسینکی اکنون قصد دارد آزمایش ها را در دماها و فشارهای مختلف تکرار کند. لانگل می گوید: «ما همچنین قصد داریم مخلوط گازها را مطالعه کنیم و مواد دو بعدی مختلف مانند نیترید بور شش ضلعی (که گاهی اوقات «عموی گرافن» نامیده می شود) یا ساختارهای چند لایه بررسی کنیم. دنیای فیزیک.