خلاصه خبر:
محققان دانشگاه وین و دانشگاه هلسینکی با تثبیت و تصویربرداری مستقیم از خوشه‌های (cluster) کوچکی از اتم‌های گاز نجیب در دمای اتاق به یک شاهکار پیشگامانه دست یافته‌اند. این تیم با ترکیب اتم های گاز نجیب بین دو لایه گرافن، بر چالش عدم تشکیل ساختارهای پایدار گازهای نجیب در شرایط آزمایشی غلبه کرد. اتم‌های گاز نجیب به دام افتاده می‌توانند آزادانه در لایه‌های گرافن حرکت کنند و حباب‌های کوچکی ایجاد کنند و نانوخوشه‌های دوبعدی گاز نجیب منظم و محکم را تشکیل دهند. این خوشه ها با استفاده از میکروسکوپ STEM مشاهده شدند و بینش های ارزشمندی را در مورد رفتار و رشد آنها ارائه کردند. این دستاورد فرصت‌هایی را برای پیشرفت در فیزیک ماده متراکم و کاربردهای فناوری اطلاعات کوانتومی باز می‌کند. هدف تحقیقات آینده بررسی گازهای نجیب مختلف و خواص آنها در دماهای مختلف برای کاربردهای بالقوه در فناوری اطلاعات کوانتومی است.
توضیحات تکمیلی:
محققان دانشگاه وین با همکاران خود از دانشگاه هلسینکی به یک شاهکار پیشگامانه در زمینه فیزیک ماده چگال و فناوری اطلاعات کوانتومی دست یافته اند. آنها با موفقیت و مستقیماً خوشه‌های (cluster) کوچکی از اتم‌های گاز نجیب را در دمای اتاق تصویربرداری و ثبت کردند، که با توجه به اینکه گازهای نجیب ساختارهای پایداری را در شرایط آزمایشی معمولی تشکیل نمی‌دهند، پیشرفت قابل‌توجهی بود.
کلید این پیشرفت، گنجاندن اتم های گاز نجیب بین دو لایه گرافن بود. هنگامی که گازهای نجیب برای تابش یونی مورد استفاده قرار گرفتند، بین لایه‌های گرافن به دام افتادند. اتم های گاز نجیب به دام افتاده قادر به حرکت آزادانه بودند زیرا پیوندهای شیمیایی تشکیل نمی دهند. لایه‌های گرافن با خم شدن و تشکیل حباب‌های کوچک، اتم‌های گاز نجیب را در خود جای می‌دادند و به اتم‌ها اجازه می‌دادند نانوخوشه‌های دو بعدی گاز نجیب منظم، محکم تشکیل دهند.
تیم تحقیقاتی از میکروسکوپ "scanning transmission electron microscopy" یا همان STEM برای مشاهده و مطالعه این خوشه ها استفاده کرد. نویسنده اصلی، Manuel Längle درباره مشاهدات ابراز هیجان کرد، زیرا خوشه‌ها رفتارهای پویایی مانند چرخش، رشد، انقباض و پریدن از خود نشان دادند.
دستاورد این تیم در Nature Materials منتشر شده است و روش استفاده شده را به نمایش می گذارد و اولین تصاویر میکروسکوپی الکترونی از ساختارهای گاز نجیب، به ویژه کریپتون و زنون را ارائه می دهد.
در آینده، محققان قصد دارند خواص و رفتار خوشه‌هایی را با گازهای نجیب مختلف در دماهای متفاوت بررسی کنند. این یافته ها به ویژه در زمینه های فناوری اطلاعات کوانتومی و توسعه کاربردهای جدید برای گازهای نجیب در منابع نور و لیزر، پیامدهای قابل توجهی دارند.
این مطالعه راه‌های جدیدی را برای کاوش جامدات دو بعدی واندروالس که توسط گرافن محصور شده‌اند، باز می‌کند و فرصت‌هایی را برای تحقیقات بنیادی در فیزیک ماده متراکم و کاربردهای بالقوه در فناوری اطلاعات کوانتومی ارائه می‌دهد. با دستکاری و مطالعه رفتار این خوشه ها، محققان قصد دارند بینش های بیشتری را در مورد رشد و رفتار مواد در این سیستم منحصر به فرد باز کنند.
منبع
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
