Sciencemag.cz
Doporučujeme
Výzkumníkům se poprvé podařilo stabilizovat a přímo zobrazit malé klastry atomů vzácných plynů při pokojové teplotě. Tento úspěch otevírá nové možnosti pro fyziku kondenzovaných látek i pro aplikace v kvantové informatice.
Klíčem k tomuto průlomu, kterého dosáhli vědci z Vídeňské univerzity ve spolupráci s kolegy z Helsinské univerzity, bylo zachycení atomů vzácných plynů mezi dvě vrstvy grafenu. Tím se podařilo překonat potíž, že vzácné plyny jinak nevytvářejí při pokojové teplotě stabilní větší struktury. Podrobnosti o metodě a první elektronové mikroskopické snímky struktur vzácných plynů (kryptonu a xenonu) byly publikovány v Nature Materials.
Skupina Janiho Kotakoskiho z Vídeňské univerzity studovala využití iontového ozařování ke změně vlastností grafenu a dalších dvourozměrných materiálů. Přitom si vědci všimli něčeho nečekaného: při ozařování vzácnými plyny může dojít k jejich zachycení mezi dvěma vrstvami grafenu. Tento jev nastává, když jsou ionty vzácných plynů dostatečně rychlé na to, aby pronikly první, ale už ne druhou vrstvou grafenu.
Jakmile jsou vzácné plyny uvězněny mezi vrstvami, pohybují v principu se i nadále volně, protože nevytvářejí chemické vazby. Aby se však atomy vzácných plynů do omezeného prostoru vůbec vešly, grafen se ohýbá a vytváří drobné bubliny. A právě v nich se mohou dva nebo více atomů jinak nereaktivních vzácných plynů setkat a vytvořit pravidelné, hustě zabalené dvourozměrné nanoklastry.
„Tyto shluky jsme zachytili pomocí skenovací transmisní elektronové mikroskopie a jejich pozorování je opravdu fascinující. Při zobrazování se otáčejí, skáčou, rostou a nebo se zmenšují,“ uvádí hlavní autor studie Manuel Längle. „Nejtěžší částí práce bylo atomy mezi vrstvy grafenu vůbec dostat.“
Dále se plánuje studium vlastností klastrů s různými vzácnými plyny a jejich chování při nízkých nebo naopak vysokých teplotách. Vzhledem k využití vzácných plynů ve zdrojích světla a laserech by tyto nové struktury mohly umožnit budoucí aplikace, například v kvantových informačních technologiích.
Nanoklastr xenonu mezi dvěma vrstvami grafenu o velikosti od 2 do 10 atomů. Kredit: Manuel Längle et al.
Two-dimensional few-atom noble gas clusters in a graphene sandwich, Nature Materials (2024). DOI: 10.1038/s41563-023-01780-1
Zdroj: University of Vienna / Phys.org, přeloženo / zkráceno
