Nemesgázatomok pillanatképe bukkan elő egy grafénszendvics belsejéből – Fizika világa

A bécsi, ausztriai és a finn Helsinki Egyetem tudósai elkészítették az első közvetlen felvételeket szobahőmérsékletű nemesgázatomok klasztereiről, két réteg grafénből készült „szendvicsbe” zárva őket. A transzmissziós elektronmikroszkóppal készült képek segíthetik az alapvető kondenzáltanyag-fizikai kutatásokat, és alkalmazhatók lehetnek a kvantumtechnológiában.

Fizikus vezetésével Kotakoski Jani, a csapat a képeket annak tanulmányozása közben szerezte, hogy a sugárzás hogyan módosítja a grafén (egy atom vastagságú szénlap) és más kétdimenziós anyagok tulajdonságait, amelyeket gyenge van der Waals kölcsönhatások tartanak össze. A tudósok észrevették, hogy amikor nemesgázionokkal sugároznak be többrétegű grafénmintát, az ionok beszorulhatnak az anyag két lapja közé. Ahhoz, hogy ez megtörténjen, a besugárzó ionok energiájának megfelelőnek kellett lennie: elég gyorsnak kellett lennie ahhoz, hogy áthaladjon az első lapon, de a másodikon nem.

„Ezt úgy sikerült megvalósítanunk, hogy a nemesgáz ionokat beültettük a többrétegű struktúrákba” – magyarázza a csapat tagja. Manuel Längle, aki kezdte 2017 végén a diplomamunkája során dolgozott ezen a projekten. "Ha megtaláljuk a beültetett ionokat egy ötrétegű, de nem egy kétrétegű mintában, tudjuk, hogy az energia túl magas."

ben megjelent munkájukban Természet Anyagok, a kutatók kripton- és xenon-ionklasztereket vizsgáltak pásztázó transzmissziós elektronmikroszkóppal (STEM). Azt találták, hogy a kriptonnal besugárzott minták esetében a sikeres beültetés két grafénréteg közé 60 eV-on ment végbe. A xenonnal besugárzott minták esetében a „sweet spot” 55 eV és 65 eV között volt.

Sűrűn csomagolt kétdimenziós nanoklaszterek

Mivel a nemesgázok többnyire közömbösek és ritkán képeznek kémiai kötéseket, az atomok szabadon mozoghatnak a grafénszendvicsben. Egyes régiókban azonban két vagy több atom találkozhat, és szabályos, sűrűn tömörített kétdimenziós nanoklasztereket alkothat. Ezek a nanoklaszterek kiváló tesztalapot képeznek nagyon gyengén kölcsönható rendszerek vizsgálatához.

A kutatók azt találták, hogy a legfeljebb 100 atomból álló xenonklaszterek szilárd rendszerekként viselkednek, de a mindössze 16 atomot tartalmazó kriptonklaszterek néha folyadékszerű viselkedést mutatnak. Bár egyelőre nem értik, miért, azt mondják, hogy a felfedezés új kutatási területet nyithat, amely a tokozott van der Waal anyagokra összpontosít.

Egyetlen atomok úsznak egy grafén szendvicsben

 Längle és Kotakoski, ezeknek a struktúráknak az alkalmazását jelenleg nehéz megjósolni. Mivel azonban a nemesgázokat rutinszerűen használják fényforrásokban és lézerekben, a jövőben a kvantuminformatikai technológiában is hasznosak lehetnek.

 Várakozással tekint a A Bécs-Helsinki csapat most azt tervezi, hogy megismétli a kísérleteket különböző hőmérsékleteken és nyomásokon. "Gázelegyek tanulmányozását is tervezzük, és különböző kétdimenziós anyagokat, például hatszögletű bór-nitridet (amit néha "grafén unokatestvérének" neveznek) vagy többrétegű szerkezeteket vizsgálunk meg" - mondja Längle. Fizika Világa.