Første direkte billeddannelse af små ædelgasklynger ved stuetemperatur

For første gang er det lykkedes et forskerhold at stabilisere og direkte afbilde små klynger af ædelgasatomer ved stuetemperatur. Denne præstation åbner spændende muligheder for kondenseret stofs fysik og anvendelser inden for kvanteinformationsteknologi.

Nøglen til dette gennembrud, opnået af forskere ved universitetet i Wien i samarbejde med kolleger ved universitetet i Helsinki, var inklusion af ædelgasatomer mellem to grafenlag. Dette overvinder den vanskelighed, at ædelgasser ikke danner stabile strukturer under eksperimentelle forhold ved stuetemperatur.

Detaljer om metoden og de første elektronmikroskopiske billeder af ædelgasstrukturer (krypton og xenon) er nu blevet offentliggjort i Nature Materials .

Jani Kotakoskis gruppe ved universitetet i Wien studerede brugen af ​​ionbestråling til at ændre egenskaberne af grafen og andre todimensionelle materialer, da de bemærkede noget usædvanligt:​​Når ædelgasser bruges til bestråling, kan de blive fanget mellem to grafenlag. Dette sker, når ædelgas-ionerne er hurtige nok til at trænge ind i det første, men ikke det andet grafenlag.

Når de er fanget mellem lagene, kan ædelgasserne bevæge sig frit. Dette skyldes, at de ikke danner kemiske bindinger. Men for at rumme ædelgasatomerne bøjer grafenen sig og danner små bobler. Her kan to eller flere ædelgasatomer mødes og danne regulære, tætpakkede, todimensionelle ædelgasnanoklynger.

"Vi observerede disse klynger ved hjælp af scanningstransmissionselektronmikroskopi, og det er virkelig fascinerende og meget sjovt at observere dem. De roterer, hopper, vokser og krymper, mens vi afbilder dem," siger Manuel Längle, hovedforfatter af undersøgelsen. "At få atomerne mellem lagene var den sværeste del af arbejdet. Nu hvor vi har gjort det, har vi et simpelt system til at studere grundlæggende processer relateret til materialers vækst og adfærd," tilføjer han.

Med hensyn til gruppens fremtidige arbejde siger Kotakoski:"De næste skridt er at studere egenskaberne af klynger med forskellige ædelgasser, og hvordan de opfører sig ved lave og høje temperaturer. På grund af brugen af ​​ædelgasser i lyskilder og lasere vil disse nye strukturer muliggør fremtidige applikationer, for eksempel inden for kvanteinformationsteknologi."

Flere oplysninger: Manuel Längle et al., Todimensionelle fåatomede ædelgasklynger i en grafensandwich, Nature Materials (2024). DOI:10.1038/s41563-023-01780-1

Journaloplysninger: Naturmaterialer

Leveret af Universitetet i Wien