Атомы благородного газа, заключенные между слоями графена, открывают новые возможности для квантовых технологий и физики конденсированного состояния. Впервые исследователи успешно стабилизировали и непосредственно визуализировали небольшие кластеры атомов благородного газа при комнатной температуре. Этот прорыв открывает новые возможности для фундаментальных исследований в области физики конденсированного состояния и потенциальных приложений квантовых информационных технологий.
Ученые Венского университета в сотрудничестве с коллегами из Хельсинкского университета достигли этого прорыва, ключом к которому стало удержание атомов благородного газа между двумя слоями графена. Этот метод решает проблему, заключающуюся в том, что инертные газы не могут образовывать стабильные структуры в экспериментальных условиях при нормальной температуре. Подробности метода и первые в мире изображения структуры благородных газов (криптона и ксенона), полученные электронной микроскопией, опубликованы в журнале Nature Materials.
ловушка благородного газа
Исследовательская группа Яни Котакоски в Венском университете изучала, как использовать ионное облучение для изменения свойств графена и других двумерных материалов, когда они обнаружили нечто необычное: при облучении благородным газом они оказывались в ловушке между двумя листами графена.
Это происходит, когда ионы благородного газа достаточно быстры, чтобы пройти через первый слой графена, но не через второй слой. Попав в ловушку между двумя слоями графена, благородный газ может свободно перемещаться. Это потому, что они не образуют химических связей. Однако, чтобы разместить атомы благородного газа, графен изгибается, образуя крошечные карманы. Здесь два или более атома благородного газа могут встретиться и сформировать правильные, плотные двумерные нанокластеры благородного газа.
Развлечение с микроскопом
«Мы использовали сканирующую просвечивающую электронную микроскопию, чтобы рассмотреть эти кластеры, и они были действительно захватывающими и очень интересными. Когда мы их визуализировали, они вращались, прыгали, росли и уменьшались», — говорит Мануэль Лэнгле, первый автор исследования. «Получение межслоевых атомов было самой сложной частью работы. Теперь, когда мы это сделали, у нас есть простая система для изучения фундаментальных процессов, связанных с ростом и поведением материала».
Говоря о будущей работе исследовательской группы, Яни Котакоски сказал: «Следующим шагом будет изучение характеристик кластеров, содержащих различные благородные газы, и их поведения при низких и высоких температурах. Благодаря применению благородных газов в источниках света и лазерах эти новые структуры могут быть использованы в таких областях, как квантовые информационные технологии в будущем».
Составлено из /ScitechDaily