Tilannekuva jalokaasuatomeista tulee esiin grafeenivoileipästä – Physics World

Wienin, Itävallan ja Helsingin yliopistojen tutkijat ovat ottaneet ensimmäiset suorat kuvat huoneenlämpöisistä jalokaasuatomien klustereista sulkemalla ne kahdesta grafeenikerroksesta valmistettuun "sandwichiin". Transmissioelektronimikroskoopilla otetut kuvat voivat auttaa tiivistetyn aineen fysiikan perustutkimuksessa ja niillä voi olla sovelluksia kvanttiteknologiassa.

Fyysikon johdolla Jani Kotakoski, ryhmä sai kuvat tutkiessaan, kuinka säteily muuttaa grafeenin (vain yhden atomin paksuinen hiililevy) ja muiden kaksiulotteisten materiaalien ominaisuuksia, joita heikkojen van der Waalsin vuorovaikutusten pitävät yhdessä. Tiedemiehet huomasivat, että kun he käyttivät jalokaasu-ioneja monikerroksisen grafeeninäytteen säteilyttämiseen, ionit saattoivat jäädä kahden materiaalilevyn väliin. Jotta tämä tapahtuisi, säteilyttävien ionien energian piti olla juuri oikea: riittävän nopea läpäistäkseen ensimmäisen arkin, mutta ei toista.

"Onnistuimme tekemään tämän istuttamalla jalokaasu-ionit monikerroksisiin rakenteisiin", kertoo tiimin jäsen. Manuel Längle, joka aloitti työskennellyt tämän projektin parissa diplomityönsä aikana loppuvuodesta 2017. "Jos löydämme istutetut ionit viisikerroksisesta, mutta ei kaksikerroksisesta näytteestä, tiedämme, että energia on liian korkea."

Heidän työssään, joka on julkaistu v luonto Tarvikkeet, tutkijat tutkivat krypton- ja ksenoni-ioniklustereita pyyhkäisytransmissioelektronimikroskoopilla (STEM). He havaitsivat, että kryptonilla säteilytetyillä näytteillä onnistunut implantaatio kahden grafeenikerroksen välillä tapahtui 60 eV:lla. Ksenonilla säteilytettyjen näytteiden "sweet spot" oli 55 eV ja 65 eV välillä.

Tiheästi pakatut kaksiulotteiset nanoklusterit

Koska jalokaasut ovat enimmäkseen inerttejä ja muodostavat harvoin kemiallisia sidoksia, atomit voivat liikkua vapaasti grafeenikerroksensa sisällä. Tietyillä alueilla kaksi tai useampi atomi voi kuitenkin liittyä yhteen ja muodostaa säännöllisiä, tiheästi pakattuja kaksiulotteisia nanoklustereita. Nämä nanoklusterit ovat erinomainen testialus hyvin heikosti vuorovaikutteisten järjestelmien tutkimuksille.

Tutkijat havaitsivat, että jopa 100 atomista koostuvat ksenonklusterit käyttäytyvät kuin kiinteät järjestelmät, mutta vain 16 atomia sisältävät kryptoniklusterit käyttäytyvät joskus nestemäisesti. Vaikka he eivät vielä ymmärrä miksi, he sanovat, että löydös voi avata uuden tutkimuskentän, joka keskittyy kapseloituihin van der Waal -materiaaleihin.

Yksittäiset atomit uivat grafeenivoileivän sisällä

 Länglen ja Kotakoski, näiden rakenteiden sovellutuksia on tällä hetkellä vaikea ennustaa. Koska jalokaasuja käytetään kuitenkin rutiininomaisesti valonlähteissä ja lasereissa, niillä saattaa olla tulevaisuudessa käyttöä kvanttitietotekniikassa.

 Katse eteenpäin, Wien-Helsinki-tiimi aikoo nyt toistaa kokeet eri lämpötiloissa ja paineissa. "Aiomme myös tutkia kaasuseoksia ja tarkastella erilaisia ​​kaksiulotteisia materiaaleja, kuten kuusikulmainen boorinitridi (jota joskus kutsutaan "grafeenin serkkuksi") tai monikerroksisia rakenteita", Längle kertoo. Fysiikan maailma.