Posnetek atomov žlahtnega plina se pojavi iz grafenskega sendviča – Physics World

Znanstveniki z univerz na Dunaju v Avstriji in v Helsinkih na Finskem so zajeli prve neposredne slike grozdov atomov žlahtnih plinov pri sobni temperaturi, tako da so jih omejili v "sendvič", narejen iz dveh plasti grafena. Slike, posnete s transmisijskim elektronskim mikroskopom, bi lahko pomagale pri temeljnih raziskavah fizike kondenzirane snovi in ​​bi lahko imele aplikacije v kvantni tehnologiji.

Vodil ga je fizik Jani Kotakoski, je ekipa pridobila slike med preučevanjem, kako sevanje spremeni lastnosti grafena (plast ogljika, debel le en atom) in drugih dvodimenzionalnih materialov, ki jih skupaj držijo šibke van der Waalsove interakcije. Znanstveniki so opazili, da ko so uporabili ione žlahtnega plina za obsevanje vzorca večplastnega grafena, so se ioni lahko ujeli med dvema ploščama materiala. Da se je to zgodilo, je morala biti energija sevalnih ionov ravno pravšnja: dovolj hitra, da je šla skozi prvo plast, ne pa tudi skozi drugo.

»To nam je uspelo z vsaditvijo ionov žlahtnih plinov v večplastne strukture,« pojasnjuje član ekipe Manuel Längle, ki je začel delal na tem projektu med svojo magistrsko nalogo konec leta 2017. "Če najdemo implantirane ione v petplastnem, vendar ne dvoslojnem vzorcu, vemo, da je energija previsoka."

V svojem delu, ki je objavljeno v Narava materiali, so raziskovalci preučevali kriptonske in ksenonske ionske skupine z uporabo skenirajoče transmisijske elektronske mikroskopije (STEM). Ugotovili so, da je pri s kriptonom obsevanih vzorcih do uspešne implantacije med dvema grafenskima slojema prišlo pri 60 eV. Za vzorce, obsevane s ksenonom, je bila "sladka točka" med 55 eV in 65 eV.

Gosto zapakirani dvodimenzionalni nanoklastri

Ker so žlahtni plini večinoma inertni in redko tvorijo kemične vezi, se lahko atomi prosto gibljejo znotraj svojega grafenskega sendviča. V določenih regijah pa se lahko dva ali več atomov združi in tvori pravilne, gosto zapakirane dvodimenzionalne nanogrozde. Ti nanoklasterji so odlična preizkušnja za študije sistemov z zelo šibko interakcijo.

Raziskovalci so ugotovili, da se grozdi ksenona, sestavljeni iz do 100 atomov, obnašajo kot trdni sistemi, vendar se grozdi kriptona, ki vsebujejo le 16 atomov, včasih obnašajo kot tekočina. Čeprav še ne razumejo, zakaj, pravijo, da bi ugotovitev lahko odprla novo področje študija, osredotočenega na inkapsulirane van der Waalove materiale.

Posamezni atomi plavajo znotraj grafenskega sendviča

 Po Längleju in Kotakoski, je aplikacije za te strukture trenutno težko predvideti. Ker pa se žlahtni plini redno uporabljajo v svetlobnih virih in laserjih, bi lahko v prihodnosti imeli neko uporabo v kvantni informacijski tehnologiji.

 Veselimo se Ekipa Dunaj-Helsinki zdaj načrtuje ponovitev poskusov pri različnih temperaturah in tlakih. »Načrtujemo tudi preučevanje mešanic plinov in raziskovanje različnih dvodimenzionalnih materialov, kot je heksagonalni borov nitrid (včasih imenovan 'grafenov bratranec') ali večplastne strukture,« pravi Längle. Svet fizike.