两个石墨烯层之间的氙纳米团簇，大小在2到10个原子之间。图片来源：Manuel Längle
一个研究小组首次成功地在室温下稳定并直接成像了惰性气体原子的小团簇。这一成就为凝聚态物理和量子信息技术中的应用开辟了令人兴奋的可能性。
维也纳大学的研究人员与赫尔辛基大学的同事合作实现这一突破的关键是在两个石墨烯层之间包含惰性气体原子。这克服了惰性气体在室温下实验条件下不能形成稳定结构的困难。
该方法的细节和惰性气体结构（氪和氙）的第一张电子显微图像现已发表在 【自然材料】 杂志上。
维也纳大学的Jani Kotakoski小组正在研究使用离子辐照来改变石墨烯和其他二维材料的性质，这时他们注意到了一些不寻常的事情：当惰性气体用于辐照时，它们会被困在两个石墨烯层之间。当惰性气体离子足够快地穿透第一层而不是第二层石墨烯时，就会发生这种情况。
一旦被困在层之间，惰性气体就可以自由移动。这是因为它们不形成化学键。然而，为了容纳惰性气体原子，石墨烯弯曲并形成微小的气泡。在这里，两个或多个惰性气体原子可以相遇并形成规则的、紧密堆积的二维惰性气体纳米团簇。
「我们使用扫描透射电子显微镜观察了这些簇，观察它们真的很迷人，也很有趣。当我们想象它们时，它们会旋转、跳跃、增长和缩小，「该研究的主要作者 Manuel Längle 说。「在各层之间获取原子是工作中最困难的部分。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相关的基本过程，「他补充道。
关于该小组未来的工作，Kotakoski说：「下一步是研究具有不同惰性气体的团簇的性质以及它们在低温和高温下的行为。由于在光源和激光中使用惰性气体，这些新结构将使未来的应用成为可能，例如在量子信息技术中。
更多信息： Manuel Längle 等人，石墨烯三明治中的二维少原子惰性气体团簇， Nature Materials （2024）。DOI： 10.1038/s41563-023-01780-1
期刊信息： Nature Materials
