그래핀 샌드위치 내에서 나오는 비활성 기체 원자의 스냅샷 – 물리학 세계

오스트리아 비엔나 대학과 핀란드 헬싱키 대학의 과학자들은 두 층의 그래핀으로 만든 "샌드위치"에 상온 비활성 기체 원자 클러스터를 가두어 최초로 직접 이미지를 포착했습니다. 투과전자현미경을 사용하여 촬영한 이미지는 근본적인 응집물질 물리학 연구에 도움이 될 수 있으며 양자 기술에 응용될 수 있습니다.

물리학자가 이끄는 자니 코타코스키, 팀은 방사선이 그래핀(단지 한 원자 두께의 탄소 시트)과 약한 반 데르 발스 상호 작용에 의해 결합된 기타 2차원 물질의 특성을 어떻게 수정하는지 연구하면서 이미지를 얻었습니다. 과학자들은 비활성 가스 이온을 사용하여 다층 그래핀 샘플을 조사할 때 이온이 재료의 두 시트 사이에 갇힐 수 있다는 사실을 발견했습니다. 이를 위해서는 조사 이온의 에너지가 딱 맞아야 했습니다. 즉, 첫 번째 시트를 통과할 만큼 빨라야 했지만 두 번째 시트는 통과할 수 없었습니다.

“우리는 다층 구조에 비활성 가스 이온을 주입하여 이를 수행하는 데 성공했습니다.”라고 팀원은 설명합니다. 마누엘 랑글레, 누가 시작했는가 2017년 말 석사 논문 기간 동안 이 프로젝트를 진행 중이었습니다.. "5층 샘플에서는 주입된 이온을 발견했지만 2층 샘플에서는 발견하지 못했다면 에너지가 너무 높다는 것을 알 수 있습니다."

에 출판된 그들의 작품에서 자연 소스, 연구진은 주사 투과 전자 현미경(STEM)을 사용하여 크립톤 및 크세논 이온 클러스터를 연구했습니다. 그들은 크립톤 조사 샘플의 경우 60eV에서 두 개의 그래핀 층 사이에 성공적인 주입이 발생했음을 발견했습니다. 크세논 조사 샘플의 경우 "최적 지점"은 55eV에서 65eV 사이였습니다.

조밀하게 포장된 2차원 나노클러스터

비활성 가스는 대부분 불활성이고 화학 결합을 거의 형성하지 않기 때문에 원자는 그래핀 샌드위치 내에서 자유롭게 이동할 수 있습니다. 그러나 특정 지역에서는 두 개 이상의 원자가 함께 모여 규칙적이고 조밀하게 채워진 2차원 나노클러스터를 형성할 수 있습니다. 이러한 나노클러스터는 매우 약하게 상호작용하는 시스템 연구를 위한 훌륭한 테스트베드가 됩니다.

연구진은 최대 100개의 원자로 구성된 크세논 클러스터는 고체 시스템처럼 거동하지만 16개 미만의 원자를 포함하는 크립톤 클러스터는 때때로 유체와 같은 동작을 보인다는 사실을 발견했습니다. 그들은 아직 그 이유를 이해하지 못하지만 이번 발견이 캡슐화된 반데르발 물질에 초점을 맞춘 새로운 연구 분야를 열 수 있다고 말합니다.

그래핀 샌드위치 안에서 단일 원자가 헤엄친다

 Längle과 코타코스키, 이러한 구조에 대한 적용은 현재 예측하기 어렵습니다. 그러나 비활성 가스는 광원과 레이저에 일상적으로 사용되기 때문에 향후 양자 정보 기술에 사용될 수도 있습니다.

 기대, 비엔나-헬싱키 팀은 이제 다양한 온도와 압력에서 실험을 반복할 계획입니다. "우리는 또한 가스 혼합물을 연구하고 육각형 질화붕소(때때로 '그래핀의 사촌'이라고도 함) 또는 다층 구조와 같은 다양한 2차원 재료를 조사할 계획입니다."라고 Längle은 말합니다. 물리 세계.