Un instantaneu al atomilor de gaz nobil iese dintr-un sandviș cu grafen – Physics World

Oamenii de știință de la Universitățile din Viena, Austria și Helsinki, Finlanda au surprins primele imagini directe ale grupurilor de atomi de gaz nobil la temperatura camerei, confinându-le într-un „sandwich” format din două straturi de grafen. Realizate cu ajutorul unui microscop electronic cu transmisie, imaginile ar putea ajuta cercetarea fundamentală în fizica materiei condensate și ar putea avea aplicații în tehnologia cuantică.

Condus de un fizician Jani Kotakoski, echipa a obținut imaginile în timp ce studia modul în care radiația modifică proprietățile grafenului (o foaie de carbon gros de doar un atom) și a altor materiale bidimensionale ținute împreună prin interacțiuni slabe de van der Waals. Oamenii de știință au observat că atunci când au folosit ioni de gaz nobil pentru a iradia o probă de grafen multistrat, ionii ar putea rămâne prinși între două foi de material. Pentru ca acest lucru să se întâmple, energia ionilor de iradiere trebuia să fie corectă: suficient de rapidă pentru a trece prin prima foaie, dar nu și pe a doua.

„Am reușit să facem acest lucru prin implantarea ionilor de gaz nobil în structurile cu mai multe straturi”, explică membrul echipei. Manuel Längle, care a început lucrează la acest proiect în timpul tezei de master la sfârșitul anului 2017. „Dacă găsim ionii implantați într-o probă cu cinci straturi, dar nu într-o probă cu două straturi, știm că energia este prea mare.”

În lucrarea lor, care este publicată în Natură materiale, cercetătorii au studiat grupurile de ioni de krypton și xenon folosind microscopia electronică cu transmisie de scanare (STEM). Ei au descoperit că pentru probele iradiate cu cripton, implantarea cu succes între două straturi de grafen a avut loc la 60 eV. Pentru probele iradiate cu xenon, „punctul dulce” a fost între 55 eV și 65 eV.

Nanoclustere bidimensionale dens

Deoarece gazele nobile sunt în mare parte inerte și rareori formează legături chimice, atomii se pot mișca liber în sandvișul lor cu grafen. În anumite regiuni, totuși, doi sau mai mulți atomi se pot reuni și pot forma nanoclustere bidimensionale regulate, dens. Aceste nanoclustere constituie un excelent banc de testare pentru studiile sistemelor care interacționează foarte slab.

Cercetătorii au descoperit că grupurile de xenon formate din până la 100 de atomi se comportă ca sisteme solide, dar că grupurile de cripton care conțin doar 16 atomi prezintă uneori un comportament asemănător unui fluid. Deși nu înțeleg încă de ce, ei spun că descoperirea ar putea deschide un nou domeniu de studiu axat pe materialele van der Waal încapsulate.

Atomi unici înoată în interiorul unui sandviș cu grafen

 După Längle şi Kotakoski, aplicațiile pentru aceste structuri sunt greu de prezis în prezent. Cu toate acestea, deoarece gazele nobile sunt utilizate în mod obișnuit în sursele de lumină și lasere, ele ar putea avea o anumită utilizare în viitor în tehnologia informației cuantice.

 Privind cu nerăbdare, Echipa Viena-Helsinki intenționează acum să repete experimentele la diferite temperaturi și presiuni. „Plănuim, de asemenea, să studiem amestecuri de gaze și să analizăm diferite materiale bidimensionale, cum ar fi nitrura de bor hexagonală (uneori numită „vărul grafenului”) sau structuri cu mai multe straturi”, spune Längle. Lumea fizicii.