Instantâneo de átomos de gás nobre emerge de dentro de um sanduíche de grafeno – Physics World

Cientistas das Universidades de Viena, na Áustria e de Helsínquia, na Finlândia, capturaram as primeiras imagens diretas de aglomerados de átomos de gases nobres à temperatura ambiente, confinando-os num “sanduíche” feito de duas camadas de grafeno. Tiradas usando um microscópio eletrônico de transmissão, as imagens poderiam ajudar na pesquisa fundamental da física da matéria condensada e podem ter aplicações na tecnologia quântica.

Liderado pelo físico Jani Kotakoski, a equipe obteve as imagens enquanto estudava como a radiação modifica as propriedades do grafeno (uma folha de carbono com apenas um átomo de espessura) e outros materiais bidimensionais mantidos juntos por interações fracas de van der Waals. Os cientistas notaram que quando usaram íons de gases nobres para irradiar uma amostra de grafeno multicamadas, os íons poderiam ficar presos entre duas folhas do material. Para que isso acontecesse, a energia dos íons irradiantes tinha que ser correta: rápida o suficiente para passar pela primeira folha, mas não pela segunda.

“Conseguimos fazer isso implantando íons de gases nobres nas estruturas multicamadas”, explica o membro da equipe Manuel Langle, que começou trabalhando neste projeto durante sua tese de mestrado no final de 2017. “Se encontrarmos os íons implantados em uma amostra de cinco camadas, mas não em uma amostra de duas camadas, sabemos que a energia é muito alta.”

Em seu trabalho, publicado em Natureza Materiais, os pesquisadores estudaram aglomerados de íons de criptônio e xenônio usando microscopia eletrônica de transmissão de varredura (STEM). Eles descobriram que, para amostras irradiadas com criptônio, a implantação bem-sucedida entre duas camadas de grafeno ocorreu a 60 eV. Para amostras irradiadas com xenônio, o “ponto ideal” ficou entre 55 eV e 65 eV.

Nanoclusters bidimensionais densamente compactados

Como os gases nobres são na sua maioria inertes e raramente formam ligações químicas, os átomos podem mover-se livremente dentro da sua sanduíche de grafeno. Em certas regiões, no entanto, dois ou mais átomos podem se unir e formar nanoaglomerados bidimensionais regulares e densamente compactados. Esses nanoclusters são um excelente ambiente de teste para estudos de sistemas de interação muito fraca.

Os pesquisadores descobriram que aglomerados de xenônio compostos de até 100 átomos se comportam como sistemas sólidos, mas que aglomerados de criptônio contendo apenas 16 átomos às vezes apresentam comportamento semelhante ao de um fluido. Embora ainda não entendam o porquê, dizem que a descoberta pode abrir um novo campo de estudo focado em materiais encapsulados de van der Waal.

Átomos únicos nadam dentro de um sanduíche de grafeno

 De acordo com Langle e Kotakoski, as aplicações para essas estruturas são atualmente difíceis de prever. No entanto, como os gases nobres são rotineiramente empregados em fontes de luz e lasers, eles poderão ter algum uso futuro na tecnologia da informação quântica.

 Olhando para frente, o A equipe de Viena-Helsínquia planeja agora repetir os experimentos em diferentes temperaturas e pressões. “Também planejamos estudar misturas de gases e examinar diferentes materiais bidimensionais, como nitreto de boro hexagonal (às vezes chamado de ‘primo do grafeno’) ou estruturas multicamadas”, disse Längle. Mundo da física.