Per la prima volta, un gruppo di ricerca è riuscito a stabilizzare e visualizzare direttamente piccoli ammassi di atomi di gas nobile a temperatura ambiente. Questo risultato apre interessanti possibilità per la fisica della materia condensata e le applicazioni nella tecnologia dell'informazione quantistica.
La chiave di questa svolta, raggiunta dai ricercatori dell’Università di Vienna in collaborazione con i colleghi dell’Università di Helsinki, è stata l’inclusione di atomi di gas nobile tra due strati di grafene. Ciò supera la difficoltà che i gas nobili non formano strutture stabili in condizioni sperimentali a temperatura ambiente.
I dettagli del metodo e le prime immagini al microscopio elettronico delle strutture dei gas nobili (kripton e xeno) sono stati ora pubblicati su Nature Materials .
Il gruppo di Jani Kotakoski dell'Università di Vienna stava studiando l'uso dell'irradiazione ionica per modificare le proprietà del grafene e di altri materiali bidimensionali quando hanno notato qualcosa di insolito:quando i gas nobili vengono utilizzati per l'irradiazione, possono rimanere intrappolati tra due strati di grafene. Ciò accade quando gli ioni del gas nobile sono abbastanza veloci da penetrare nel primo ma non nel secondo strato di grafene.
Una volta intrappolati tra gli strati, i gas nobili possono muoversi liberamente. Questo perché non formano legami chimici. Tuttavia, per accogliere gli atomi di gas nobile, il grafene si piega e forma minuscole bolle. Qui, due o più atomi di gas nobile possono incontrarsi e formare nanocluster di gas nobili bidimensionali regolari e fitti.
"Abbiamo osservato questi ammassi utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione a scansione, ed è davvero affascinante e molto divertente osservarli. Ruotano, saltano, crescono e si restringono mentre li immaginiamo", afferma Manuel Längle, autore principale dello studio. "Portare gli atomi tra gli strati è stata la parte più difficile del lavoro. Ora che ci siamo riusciti, disponiamo di un sistema semplice per studiare i processi fondamentali legati alla crescita e al comportamento dei materiali", aggiunge.
Per quanto riguarda il lavoro futuro del gruppo, Kotakoski afferma:"I prossimi passi saranno lo studio delle proprietà dei cluster con diversi gas nobili e come si comportano a basse e alte temperature. Grazie all'uso di gas nobili nelle sorgenti luminose e nei laser, queste nuove strutture saranno consentire applicazioni future, ad esempio nella tecnologia dell'informazione quantistica."
Ulteriori informazioni: Manuel Längle et al, Cluster bidimensionali di gas nobili di pochi atomi in un sandwich di grafene, Nature Materials (2024). DOI:10.1038/s41563-023-01780-1
Informazioni sul giornale: Materiali naturali
Fornito dall'Università di Vienna
