I ricercatori hanno utilizzato una tecnica simile alla risonanza magnetica per seguire il movimento dei singoli atomi in tempo reale mentre si raggruppano per formare materiali bidimensionali, che hanno lo spessore di un singolo strato atomico.

I risultati, riportato sul giornale Lettere di revisione fisica , potrebbe essere utilizzato per progettare nuovi tipi di materiali e dispositivi di tecnologia quantistica. I ricercatori, dell'Università di Cambridge, catturato il movimento degli atomi a velocità che sono otto ordini di grandezza troppo elevate per i microscopi convenzionali.

Materiali bidimensionali, come il grafene, hanno il potenziale per migliorare le prestazioni dei dispositivi esistenti e nuovi, grazie alle loro proprietà uniche, come conduttività e resistenza eccezionali. I materiali bidimensionali hanno una vasta gamma di potenziali applicazioni, dal biorilevamento e dalla somministrazione di farmaci all'informazione quantistica e all'informatica quantistica. Però, affinché i materiali bidimensionali raggiungano il loro pieno potenziale, le loro proprietà devono essere affinate attraverso un processo di crescita controllata.

Questi materiali normalmente si formano quando gli atomi "saltano" su un substrato di supporto finché non si attaccano a un cluster in crescita. Essere in grado di monitorare questo processo offre agli scienziati un controllo molto maggiore sui materiali finiti. Però, per la maggior parte dei materiali, questo processo avviene così rapidamente e a temperature così elevate che può essere seguito solo utilizzando istantanee di una superficie ghiacciata, catturare un singolo momento piuttosto che l'intero processo.

Ora, ricercatori dell'Università di Cambridge hanno seguito l'intero processo in tempo reale, a temperature paragonabili a quelle utilizzate nell'industria.

I ricercatori hanno utilizzato una tecnica nota come "elio spin-echo", che è stato sviluppato a Cambridge negli ultimi 15 anni. La tecnica ha somiglianze con la risonanza magnetica (MRI), ma utilizza un raggio di atomi di elio per "illuminare" una superficie bersaglio, simili alle sorgenti luminose dei microscopi di tutti i giorni.

"Utilizzando questa tecnica, possiamo fare esperimenti simili alla risonanza magnetica al volo mentre gli atomi si disperdono, " ha detto il dottor Nadav Avidor del Cavendish Laboratory di Cambridge, l'autore senior del documento. "Se pensi a una sorgente di luce che fa brillare i fotoni su un campione, mentre quei fotoni tornano al tuo occhio, puoi vedere cosa succede nel campione."

Invece dei fotoni, tuttavia, Avidor ei suoi colleghi usano atomi di elio per osservare cosa succede sulla superficie del campione. L'interazione dell'elio con gli atomi sulla superficie permette di inferire il moto delle specie superficiali.

Utilizzando un campione di atomi di ossigeno che si muovono sulla superficie del metallo rutenio, i ricercatori hanno registrato la rottura spontanea e la formazione di ammassi di ossigeno, solo pochi atomi di grandezza, e gli atomi che si diffondono rapidamente tra i cluster.

"Questa tecnica non è nuova, ma non è mai stato usato in questo modo, misurare la crescita di un materiale bidimensionale, " disse Avidor. "Se guardi indietro alla storia della spettroscopia, le sonde a base di luce hanno rivoluzionato il modo in cui vediamo il mondo, e il passaggio successivo, le sonde a base di elettroni, ci ha permesso di vedere ancora di più.

"Stiamo facendo un altro passo oltre, alle sonde atomiche, permettendoci di osservare più fenomeni su scala atomica. Oltre alla sua utilità nella progettazione e produzione di materiali e dispositivi futuri, Non vedo l'ora di scoprire cos'altro potremo vedere".