Снимок атомов благородного газа появляется изнутри графенового сэндвича

Ученые из университетов Вены (Австрия) и Хельсинки (Финляндия) получили первые прямые изображения кластеров атомов благородного газа при комнатной температуре, заключив их в «сэндвич», сделанный из двух слоев графена. Изображения, полученные с помощью трансмиссионного электронного микроскопа, могут помочь в фундаментальных исследованиях в области физики конденсированного состояния и найти применение в квантовых технологиях.

Под руководством физика Яни КотакоскиКоманда получила изображения, изучая, как радиация изменяет свойства графена (листа углерода толщиной всего в один атом) и других двумерных материалов, удерживаемых вместе слабыми взаимодействиями Ван-дер-Ваальса. Ученые заметили, что когда они использовали ионы благородных газов для облучения образца многослойного графена, ионы могли оказаться в ловушке между двумя листами материала. Чтобы это произошло, энергия облучающих ионов должна была быть подходящей: достаточно быстрой, чтобы пройти через первый слой, но не через второй.

«Нам удалось сделать это, имплантировав ионы благородных газов в многослойные структуры», — объясняет член команды. Мануэль Лэнгле, который начал работал над этим проектом во время написания магистерской диссертации в конце 2017 года.. «Если мы обнаружим имплантированные ионы в пятислойном, а не в двухслойном образце, мы будем знать, что энергия слишком высока».

В своей работе, опубликованной в природа МатериалыИсследователи изучили кластеры ионов криптона и ксенона с помощью сканирующей трансмиссионной электронной микроскопии (STEM). Они обнаружили, что для образцов, облученных криптоном, успешная имплантация между двумя слоями графена произошла при 60 эВ. Для образцов, облученных ксеноном, «зона наилучшего восприятия» находилась в диапазоне от 55 до 65 эВ.

Плотноупакованные двумерные нанокластеры

Поскольку благородные газы в основном инертны и редко образуют химические связи, атомы могут свободно перемещаться внутри своего графенового сэндвича. Однако в определенных областях два или более атома могут объединяться и образовывать регулярные, плотноупакованные двумерные нанокластеры. Эти нанокластеры представляют собой отличную испытательную площадку для изучения очень слабовзаимодействующих систем.

Исследователи обнаружили, что кластеры ксенона, состоящие из 100 атомов, ведут себя как твердые системы, но кластеры криптона, содержащие всего 16 атомов, иногда ведут себя как жидкость. Хотя они еще не понимают почему, они говорят, что это открытие может открыть новую область исследований, сосредоточенную на инкапсулированных материалах Ван дер Ваала.

Одиночные атомы плавают внутри графенового сэндвича

 По мнению Лэнгле и КотакоскиПрименение этих структур в настоящее время трудно предсказать. Однако, поскольку благородные газы обычно используются в источниках света и лазерах, в будущем они могут найти применение в квантовых информационных технологиях.

 С нетерпением жду Команда Вена-Хельсинки теперь планирует повторить эксперименты при разных температурах и давлениях. «Мы также планируем изучать смеси газов и изучать различные двумерные материалы, такие как гексагональный нитрид бора (иногда называемый «двоюродным братом графена») или многослойные структуры», — говорит Лэнгле. Мир физики.