ORNL -mikroskopi afdækker dansende siliciumatomer i grafen

(Phys.org) —Springende siliciumatomer er stjernerne i en ballet i atomskala, der findes i en ny Naturkommunikation undersøgelse fra Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory.

ORNL -forskergruppen dokumenterede atomernes unikke adfærd ved først at fange grupper af siliciumatomer, kendt som klynger, i et enkelt atom-tykt lag kulstof kaldet grafen. Siliciumklyngerne, består af seks atomer, blev fastgjort på plads af porer i grafenarket, giver teamet mulighed for direkte at forestille sig materialet med et scannende transmissionselektronmikroskop.

Den "dansende" bevægelse af siliciumatomerne, ses i en video herunder, blev forårsaget af energien, der blev overført til materialet fra elektronstrålen i teamets mikroskop.

"Det er ikke første gang, folk har set klynger af silicium, "sagde medforfatter Juan Carlos Idrobo." Problemet er, når du lægger en elektronstråle på dem, du indsætter energi i klyngen og får atomerne til at bevæge sig rundt. Forskellen med disse resultater er, at den ændring, vi observerede, var reversibel. Vi var i stand til at se, hvordan siliciumklyngen ændrer sin struktur frem og tilbage ved at have et af dets atomer til at danse mellem to forskellige positioner. "

Andre teknikker til at studere klynger er indirekte, siger Jaekwang Lee, første forfatter på ORNL -undersøgelsen. "Med den konventionelle instrumentering, der bruges til at studere klynger, det er endnu ikke muligt direkte at identificere den tredimensionelle atomstruktur i klyngen, "Sagde Lee.

Evnen til at analysere strukturen af ​​små klynger er vigtig for forskere, fordi denne indsigt kan bruges til præcist at forstå, hvordan forskellige atomkonfigurationer styrer et materiales egenskaber. Molekyler kunne derefter skræddersys til specifikke anvendelser.

"At fange atomklynger inde i mønstrede grafen -nanoporer kan potentielt føre til praktiske anvendelser inden for områder som elektroniske og optoelektroniske enheder, samt katalyse, "Sagde Lee." Det ville være en ny tilgang til tuning af elektroniske og optiske egenskaber i materialer. "

ORNL -teamet bekræftede sine eksperimentelle fund med teoretiske beregninger, hvilket hjalp med at forklare, hvor meget energi der krævedes for, at siliciumatomet kunne skifte frem og tilbage mellem forskellige positioner.