グラフェンサンドイッチ内から現れる希ガス原子のスナップショット – Physics World

オーストリアのウィーン大学とフィンランドのヘルシンキ大学の科学者らは、室温の希ガス原子のクラスターを2層のグラフェンで作られた「サンドイッチ」に閉じ込めることで、そのクラスターの直接画像を初めて撮影した。透過型電子顕微鏡を使用して撮影された画像は、基礎的な凝縮物質物理学の研究に役立つ可能性があり、量子技術に応用できる可能性があります。

物理学者が主導 ジャニ・コタコスキ研究チームは、放射線がグラフェン（わずか原子1個の厚さの炭素のシート）や弱いファンデルワールス相互作用によって結合された他の二次元材料の特性をどのように変化させるかを研究中に画像を取得した。科学者らは、希ガスイオンを使用して多層グラフェンのサンプルを照射すると、イオンが材料の 2 枚のシートの間に閉じ込められる可能性があることに気づきました。これを実現するには、照射するイオンのエネルギーが適切である必要があります。つまり、最初のシートを通過するのに十分な速度ですが、2 番目のシートは通過しない必要があります。

「希ガスイオンを多層構造に注入することでこれに成功しました」とチームメンバーは説明します。 マヌエル・ラングル、誰が始めたのか 2017年末の修士論文中にこのプロジェクトに取り組んでいる。 「注入されたイオンが 2 層のサンプルではなく 5 層のサンプルで見つかった場合、エネルギーが高すぎることがわかります。」

に出版された彼らの作品の中で、 自然 材料、研究者らは走査型透過電子顕微鏡 (STEM) を使用してクリプトンとキセノンのイオンクラスターを研究しました。 彼らは、クリプトンを照射したサンプルでは、​​60 つのグラフェン層間の注入が 55 eV で成功することを発見しました。キセノン照射サンプルの場合、「スイート スポット」は 65 eV ～ XNUMX eV でした。

高密度に詰まった二次元ナノクラスター

希ガスはほとんどが不活性であり、化学結合をほとんど形成しないため、原子はグラフェンサンドイッチ内で自由に動き回ることができます。しかし、特定の領域では、2 つ以上の原子が集まり、規則正しく高密度に充填された 2 次元ナノクラスターを形成することがあります。これらのナノクラスターは、相互作用が非常に弱いシステムの研究に優れたテストベッドとなります。

研究者らは、最大100個の原子で構成されるキセノンのクラスターは固体系のように振る舞うが、わずか16個の原子を含むクリプトンクラスターは時々流体のような挙動を示すことを発見した。その理由はまだわかっていないが、この発見により、カプセル化されたファンデルワールス材料に焦点を当てた新しい研究分野が開かれる可能性があると研究者らは述べている。

単一原子がグラフェン サンドイッチ内を泳ぐ

 ラングル氏によれば、 コタコスキ、これらの構造の用途を現時点で予測することは困難です。ただし、希ガスは光源やレーザーに日常的に使用されているため、将来的には量子情報技術で使用される可能性があります。

 楽しみにして、 ウィーンとヘルシンキのチームは現在、異なる温度と圧力で実験を繰り返すことを計画している。 「また、ガスの混合物を研究し、六方晶系窒化ホウ素（『グラフェンのいとこ』と呼ばれることもあります）や多層構造などのさまざまな二次元材料を調べることも計画しています」とラングル氏は語る。 物理学の世界.