Yeni bir teknik, ilk kez bir katı ve bir sıvı arasındaki arayüzde "yüzen" tek atomların videolarını çekmeyi mümkün kılıyor. Yaklaşım, sıvıyı yakalamak için iki boyutlu malzeme yığınlarını kullanır ve sıvıyı genellikle vakum koşulları gerektiren karakterizasyon teknikleriyle uyumlu hale getirir. Araştırmacıların, piller, katalitik sistemler ve ayırma zarları gibi cihazlarda çok önemli bir rol oynayan bu arayüzlerde atomların nasıl davrandığını daha iyi anlamalarını sağlayabilir.
Taramalı tünelleme mikroskobu (STM) ve transmisyon elektron mikroskobu (TEM) dahil olmak üzere tek atomları görüntülemek için çeşitli teknikler mevcuttur. Bununla birlikte, numunenin yüzeyindeki atomları, malzemenin yapısını değiştirebilen yüksek vakumlu bir ortama maruz bırakmayı içerirler. Bu arada vakum gerektirmeyen teknikler ya daha düşük çözünürlüklüdür ya da yalnızca kısa süreler için çalışır, yani atomların hareketi videoya alınamaz.
Malzeme bilimcileri tarafından yönetilen araştırmacılar sarah haigh arasında Manchester Üniversitesi Ulusal Grafen Enstitüsü (NGI) şimdi, bir yüzey sıvıyla çevrili olduğunda, bir yüzeydeki tek atomların hareketini izlemelerini sağlayan yeni bir yaklaşım geliştirdi. Atomların bu koşullar altında boşlukta olduğundan çok farklı davrandıklarını gösterdiler. Haigh, "Bu çok önemli," diye açıklıyor, "çünkü malzemenin kullanım sırasında deneyimleyeceği gerçekçi reaksiyon/çevre koşulları için atomik davranışı anlamak istiyoruz - örneğin bir pil, süper kapasitör ve membran reaksiyon kaplarında."
İki ince sıvı tabakası arasında asılı kalan numune
NGI araştırmacıları deneylerinde numunelerini - bu durumda atomik olarak ince molibden disülfit tabakaları - bir TEM'de iki bor nitrür (BN) tabakası arasına sıkıştırdılar. Daha sonra, numunenin deliklerin üst üste bindiği alanlarda askıya alınabilmesi için BN'nin belirli bölgelerinde delikler açmak için litografi kullandılar. Son olarak, BN'nin üstüne ve altına iki grafen katmanı eklediler ve bunları deliklerde bir sıvıyı tutmak için kullandılar. Haigh, numunenin iki sıvı tabakası arasında asılı kaldığı ortaya çıkan yapının sadece 70 nm kalınlığında olduğunu söylüyor. Fizik dünyası.
Bu sözde çift grafen sıvı hücresi sayesinde, araştırmacılar tek atomların sıvı ile çevriliyken "yüzerken" videolarını elde edebildiler. Daha sonra videolarda atomların nasıl hareket ettiğini analiz ederek ve bu hareketi Cambridge Üniversitesi'ndeki meslektaşları tarafından geliştirilen teorik modellerle karşılaştırarak, sıvı ortamın atomik davranışı nasıl etkilediğine dair yeni içgörüler elde ettiler. Örneğin, sıvının atomların hareketini hızlandırdığını ve aynı zamanda altta yatan katıya göre tercih ettikleri "dinlenme yerlerini" değiştirdiğini buldular.
Grafen sandviç buzu kareler
Haigh, "Yeni teknik, katı-sıvı arayüzlerinde atomların davranışlarına ilişkin anlayışımızı geliştirmeye yardımcı olabilir" diyor. "Bu tür arayüz davranışı genellikle yalnızca daha düşük çözünürlükte incelenir, ancak pillerin ömrünü, birçok katalitik sistemin etkinliğini ve uzun ömürlülüğünü, ayırma zarlarının işlevselliğini ve diğer birçok uygulamayı belirler."
Araştırmacılar artık daha geniş bir malzeme yelpazesi üzerinde çalıştıklarını ve davranışlarının farklı sıvı ortamlar için nasıl değiştiğini söylüyorlar. Haigh, "Buradaki amaç, net sıfır enerji geçişi için gerekli olacak iyileştirilmiş malzemelerin sentezini optimize etmektir."
Çalışma ayrıntılı olarak Tabiat.
