惰性气体原子的快照从石墨烯三明治中出现 – 物理世界

奥地利维也纳大学和芬兰赫尔辛基大学的科学家将室温惰性气体原子簇限制在由两层石墨烯制成的“三明治”中，首次直接拍摄到它们的图像。使用透射电子显微镜拍摄的图像可以帮助基础凝聚态物理研究，并可能在量子技术中得到应用。

由物理学家领导 贾尼·科塔科斯基，该团队在研究辐射如何改变石墨烯（只有一个原子厚的碳片）和其他通过弱范德华相互作用结合在一起的二维材料的特性时获得了这些图像。科学家们注意到，当他们使用惰性气体离子照射多层石墨烯样品时，离子可能会被困在两片材料之间。为了实现这一点，照射离子的能量必须恰到好处：足够快以穿过第一片，但不能穿过第二片。

“我们通过将惰性气体离子注入多层结构成功地做到了这一点，”团队成员解释道 曼努埃尔·兰格尔，谁开始 2017年底他在硕士论文期间致力于这个项目。 “如果我们在五层样品中发现注入离子，但在两层样品中没有发现，我们就知道能量太高了。”

在他们发表于 自然 材料，研究人员使用扫描透射电子显微镜（STEM）研究了氪和氙离子簇。 他们发现，对于氪辐照的样品，两个石墨烯层之间的成功注入发生在 60 eV 的电压下。对于经氙气辐照的样品，“最佳点”介于 55 eV 和 65 eV 之间。

密集堆积的二维纳米团簇

由于稀有气体大多呈惰性，很少形成化学键，因此原子可以在石墨烯夹层内自由移动。然而，在某些区域，两个或多个原子可以聚集在一起并形成规则的、密集的二维纳米团簇。这些纳米团簇为研究弱相互作用系统提供了一个极好的测试平台。

研究人员发现，由多达 100 个原子组成的氙簇的行为类似于固体系统，但仅包含 16 个原子的氪簇有时表现出类似流体的行为。尽管他们还不明白其中的原因，但他们表示这一发现可能开辟一个专注于封装范德华材料的新研究领域。

单个原子在石墨烯三明治中游动

 根据朗格尔和 科塔科斯基，目前很难预测这些结构的应用。然而，由于惰性气体通常用于光源和激光器，因此它们未来可能在量子信息技术中得到一些应用。

 展望未来 维也纳-赫尔辛基团队现在计划在不同的温度和压力下重复实验。 “我们还计划研究气体混合物，并研究不同的二维材料，如六方氮化硼（有时称为‘石墨烯的表亲’）或多层结构，”Längle 告诉我们 物理世界.