Знімок атомів благородного газу з’являється з графенового сендвіча – Physics World

Вчені з Віденського університету (Австрія) та Гельсінкі (Фінляндія) зробили перші прямі зображення кластерів атомів благородного газу кімнатної температури, утримуючи їх у «сендвічі», виготовленому з двох шарів графену. Отримані за допомогою трансмісійного електронного мікроскопа зображення можуть допомогти у фундаментальних дослідженнях фізики конденсованих середовищ і можуть мати застосування в квантових технологіях.

Під керівництвом фіз Яні Котакоскі, команда отримала зображення під час вивчення того, як випромінювання змінює властивості графену (пластина вуглецю товщиною всього в один атом) та інших двовимірних матеріалів, які утримуються разом слабкими ван-дер-ваальсовими взаємодіями. Вчені помітили, що коли вони використовували іони благородного газу для опромінення зразка багатошарового графену, іони могли потрапити в пастку між двома листами матеріалу. Щоб це сталося, енергія іонів, що випромінюють, повинна бути правильною: достатньо швидкою, щоб пройти через перший лист, але не через другий.

«Нам вдалося це зробити, імплантувавши іони благородних газів у багатошарові структури», — пояснює член команди Мануель Ленгле, який почав працював над цим проектом під час своєї магістерської роботи наприкінці 2017 року. «Якщо ми знайдемо імплантовані іони в п’ятишаровому, але не в двошаровому зразку, ми знаємо, що енергія занадто висока».

У своїй праці, яка опублікована в природа Матеріали, дослідники вивчали кластери іонів криптону та ксенону за допомогою скануючої просвічуючої електронної мікроскопії (STEM). Вони виявили, що для зразків, опромінених криптоном, успішна імплантація між двома шарами графену відбулася при 60 еВ. Для зразків, опромінених ксеноном, «точка насолоди» була між 55 еВ і 65 еВ.

Щільно упаковані двовимірні нанокластери

Оскільки благородні гази здебільшого інертні й рідко утворюють хімічні зв’язки, атоми можуть вільно переміщатися у своєму графеновому сендвічі. Проте в певних областях два або більше атомів можуть об’єднатися й утворити регулярні, щільно упаковані двовимірні нанокластери. Ці нанокластери є чудовим тестовим майданчиком для досліджень систем із дуже слабкою взаємодією.

Дослідники виявили, що кластери ксенону, що складаються з до 100 атомів, поводяться як тверді системи, але що кластери криптону, що містять лише 16 атомів, іноді демонструють поведінку, подібну до рідини. Хоча вони ще не розуміють чому, вони кажуть, що знахідка може відкрити нову область дослідження, зосереджену на інкапсульованих матеріалах Ван-дер-Ваала.

Поодинокі атоми плавають всередині графенового сендвіча

 Згідно з Ленгле і Котакоскізастосування цих структур на даний момент важко передбачити. Однак, оскільки благородні гази зазвичай використовуються в джерелах світла та лазерах, вони можуть мати деяке використання в майбутньому в квантових інформаційних технологіях.

 З нетерпінням чекаю на Тепер команда Відень-Гельсінкі планує повторити експерименти при різних температурах і тиску. «Ми також плануємо вивчати суміші газів і досліджувати різні двовимірні матеріали, такі як гексагональний нітрид бору (який іноді називають «двоюрідним братом графену») або багатошарові структури», — розповідає Ленгле. Світ фізики.