限制在石墨烯层之间的惰性气体原子为量子技术和凝聚态物理学带来了新的可能性。研究人员首次在室温下成功稳定并直接成像了惰性气体原子小簇。这一突破为凝聚态物理领域的基础研究和量子信息技术的潜在应用提供了新的机遇。

两个石墨烯层之间的氙纳米团簇，大小在两个到十个原子之间。图片来源：Manuel Längle

维也纳大学的科学家与赫尔辛基大学的同事合作取得了这一突破，其关键在于将惰性气体原子限制在两层石墨烯之间。这种方法克服了惰性气体在常温实验条件下无法形成稳定结构的难题。该方法的细节和有史以来第一张惰性气体（氪和氙）结构的电子显微镜图像现已发表在《自然-材料》（Nature Materials）上。

惰性气体陷阱

维也纳大学的亚尼-科塔科斯基（Jani Kotakoski）研究小组在研究如何利用离子辐照来改变石墨烯和其他二维材料的特性时，发现了一些不同寻常的现象：当使用惰性气体进行辐照时，它们会被困在两片石墨烯之间。

当惰性气体离子的速度足以穿过第一层石墨烯而不是第二层石墨烯时，就会发生这种情况。一旦被困在两层石墨烯之间，惰性气体就可以自由移动。这是因为它们不会形成化学键。然而，为了容纳惰性气体原子，石墨烯会弯曲形成微小的口袋。在这里，两个或更多的惰性气体原子可以相遇并形成规则、密集的二维惰性气体纳米簇。

显微镜带来的乐趣

"我们使用扫描透射电子显微镜来观察这些簇，它们真的非常迷人，非常有趣。当我们对它们进行成像时，它们会旋转、跳跃、生长和缩小"，该研究的第一作者曼努埃尔-莱恩格尔（Manuel Längle）说。"获取层间原子是这项工作最难的部分。现在我们已经做到了这一点，我们有了一个简单的系统来研究与材料生长和行为有关的基本过程。"

在谈到研究小组未来的工作时，亚尼-科塔科斯基（Jani Kotakoski）说："下一步工作是研究含有不同惰性气体的簇合物的特性，以及它们在低温和高温下的行为。由于惰性气体在光源和激光器中的应用，这些新结构将来可能会应用于量子信息技术等领域。"

编译自/ScitechDaily