Pludselig flugt fra fladhed

Ved første øjekast, det ser ud som om milliarder af blyatomer på mystisk vis er forsvundet. Når de udsættes for varme, et lag bly belagt på en nikkeloverflade bliver næsten usynligt fra det ene øjeblik til det andet. I virkeligheden, den mindste forstyrrelse får disse atomer til pludselig at skifte fra en bred "flad pandekage"-form til en kompakt halvkugle. Dette bemærkelsesværdige fænomen blev først afsløret af forskere ved University of Twentes MESA+ Institute for Nanotechnology, som siden har offentliggjort deres resultater i Fysiske anmeldelsesbreve .

En blybelægning på en nikkeloverflade har usædvanlige elektroniske egenskaber, som får den til at danne flade "pandekager", bestående af milliarder af atomer arrangeret i en krystallinsk struktur. Disse "pandekager" af fast bly er kvantemekanisk stabiliserede og kun et par dusin atomer tykke. Når de udsættes for gradvis opvarmning, intet ændrer sig meget i starten. Ved omkring 520 Kelvin (247 grader Celsius), imidlertid, blybelægningen ser pludselig ud til at forsvinde helt. Inden for et par millisekunder, bly "slims" forvandles til halvkugler med en radius (eller "højde") på nogle få mikrometer. Interessant nok, alt dette foregår ved en temperatur under blyets smeltepunkt. Halvkuglerne, også, består af fast bly. Så ingen masse er gået tabt, materialet har simpelthen fået en anden rumlig konfiguration.

Teknikken, som forskerne brugte til at observere denne proces, er kendt som Low Energy Electron Microscopy (LEEM). Der findes kun få sådanne mikroskoper, men to er for nylig blevet installeret i Holland. De er designet til at bombardere overflader med lavenergielektroner. Dette gør dem særligt velegnede til at lave nøjagtige observationer af overfladefænomener og begivenheder i tynde film.

Den bratte transformation fra flad til sfærisk kan forklares ud fra den mest energimæssigt gunstige form. Fra dette synspunkt, halvkugler gør meget mere effektiv brug af overflader, hvorimod pandekager ikke er særlig stabile. Der har for nylig været en massiv udvidelse i vores forståelse af atomare processer helt ned til niveauet af enkelte atomer, lettet af eksperimentelle teknikker såsom Scanning Tunneling Microscopy (STM), sammen med nyudviklede teorier. Ikke desto mindre, vi kan ikke redegøre for den rene hastighed, hvormed denne overgang finder sted.

Imidlertid, denne nyligt opdagede superhurtige overgang fra to til tre dimensioner er baseret på et delikat samspil mellem flere atomer, en slags gruppeproces. I deres publicerede artikel, disse forskere fra Twente udtrykker det synspunkt, at en mere detaljeret forklaring på den meget hurtige overgang fra flad til sfærisk kun vil være mulig, når vi har en bedre grundlæggende teoretisk forståelse af fænomener på mesoniveau. LEEM kan bruges til at foretage direkte observationer af nye fænomener på meso-skalaen, derved genererer data afgørende for vores viden om dette felt. Vigtigheden af ​​disse resultater er, at de vil give os en mere dybtgående forståelse af stabiliteten af ​​nanostrukturer.

Artiklen med titlen "Anomalous decay of electronically stabilized lead mesas on Ni(111)" af Tjeerd Bollmann, Raoul van Gastel, Harold Zandvliet og Bene Poelsema er udgivet i Fysiske anmeldelsesbreve . Denne september, Tjeerd Bollmann forsvarede med succes sin ph.d.-afhandling med titlen "Escape from Flatland", som blev vejledt af prof. Bene Poelsema (UT) og prof. Joost Frenken (UL).