Cuplikan atom gas mulia muncul dari dalam sandwich graphene – Dunia Fisika

Para ilmuwan di Universitas Wina, Austria dan Helsinki, Finlandia telah menangkap gambar langsung pertama dari gugus atom gas mulia bersuhu ruangan dengan mengurungnya dalam “sandwich” yang terbuat dari dua lapisan graphene. Diambil menggunakan mikroskop elektron transmisi, gambar-gambar tersebut dapat membantu penelitian dasar fisika benda terkondensasi dan mungkin dapat diterapkan dalam teknologi kuantum.

Dipimpin oleh fisikawan Jani Kotakoski, tim memperoleh gambar tersebut sambil mempelajari bagaimana radiasi mengubah sifat graphene (selembar karbon yang hanya setebal satu atom) dan bahan dua dimensi lainnya yang disatukan oleh interaksi lemah van der Waals. Para ilmuwan memperhatikan bahwa ketika mereka menggunakan ion gas mulia untuk menyinari sampel graphene multilayer, ion-ion tersebut dapat terperangkap di antara dua lembar material. Agar hal ini terjadi, energi ion-ion yang menyinari harus tepat: cukup cepat untuk melewati lapisan pertama, namun tidak pada lapisan kedua.

“Kami berhasil melakukan hal ini dengan menanamkan ion gas mulia ke dalam struktur berlapis-lapis,” jelas anggota tim Manuel Langle, siapa yang memulai mengerjakan proyek ini selama tesis masternya pada akhir 2017. “Jika kami menemukan ion yang ditanamkan dalam sampel lima lapis, tetapi tidak dalam sampel dua lapis, kami tahu bahwa energinya terlalu tinggi.”

Dalam karya mereka, yang diterbitkan di Alam bahan, para peneliti mempelajari gugus ion kripton dan xenon menggunakan pemindaian mikroskop elektron transmisi (STEM). Mereka menemukan bahwa untuk sampel yang diiradiasi kripton, keberhasilan implantasi antara dua lapisan graphene terjadi pada 60 eV. Untuk sampel yang diiradiasi xenon, “sweet spot” adalah antara 55 eV dan 65 eV.

Nanocluster dua dimensi yang padat

Karena sebagian besar gas mulia bersifat inert dan jarang membentuk ikatan kimia, atom-atomnya dapat bergerak bebas di dalam sandwich graphene-nya. Namun, di wilayah tertentu, dua atom atau lebih dapat bersatu dan membentuk nanokluster dua dimensi yang teratur dan padat. Nanocluster ini menjadi tempat pengujian yang sangat baik untuk studi sistem yang berinteraksi sangat lemah.

Para peneliti menemukan bahwa kelompok xenon yang terdiri dari hingga 100 atom berperilaku seperti sistem padat tetapi kelompok kripton yang berisi sedikitnya 16 atom terkadang menunjukkan perilaku seperti cairan. Meskipun mereka belum memahami alasannya, mereka mengatakan temuan ini dapat membuka bidang studi baru yang berfokus pada bahan van der Waal yang dienkapsulasi.

Atom tunggal berenang di dalam sandwich graphene

 Menurut Langle dan Kotakoski, penerapan struktur ini sulit diprediksi saat ini. Namun, karena gas mulia secara rutin digunakan dalam sumber cahaya dan laser, gas mulia mungkin dapat digunakan dalam teknologi informasi kuantum di masa depan.

 Ke depan, Tim Wina-Helsinki kini berencana mengulangi percobaan pada suhu dan tekanan berbeda. “Kami juga berencana mempelajari campuran gas dan melihat material dua dimensi yang berbeda seperti boron nitrida heksagonal (terkadang disebut 'sepupu graphene') atau struktur berlapis-lapis,” kata Längle. Dunia Fisika.