兩個石墨烯層之間的氙納米團簇，大小在2到10個原子之間。圖片來源：Manuel Längle
一個研究小組首次成功地在室溫下穩定並直接成像了惰性氣體原子的小團簇。這一成就為凝聚態物理和量子資訊科技中的套用開辟了令人興奮的可能性。
維也納大學的研究人員與赫爾辛基大學的同事合作實作這一突破的關鍵是在兩個石墨烯層之間包含惰性氣體原子。這克服了惰性氣體在室溫下實驗條件下不能形成穩定結構的困難。
該方法的細節和惰性氣體結構（氪和氙）的第一張電子顯微影像現已發表在 【自然材料】 雜誌上。
維也納大學的Jani Kotakoski小組正在研究使用離子輻照來改變石墨烯和其他二維材料的性質，這時他們註意到了一些不尋常的事情：當惰性氣體用於輻照時，它們會被困在兩個石墨烯層之間。當惰性氣體離子足夠快地穿透第一層而不是第二層石墨烯時，就會發生這種情況。
一旦被困在層之間，惰性氣體就可以自由移動。這是因為它們不形成化學鍵。然而，為了容納惰性氣體原子，石墨烯彎曲並形成微小的氣泡。在這裏，兩個或多個惰性氣體原子可以相遇並形成規則的、緊密堆積的二維惰性氣體納米團簇。
「我們使用掃描透射電子顯微鏡觀察了這些簇，觀察它們真的很迷人，也很有趣。當我們想象它們時，它們會旋轉、跳躍、增長和縮小，「該研究的主要作者 Manuel Längle 說。「在各層之間獲取原子是工作中最困難的部份。現在我們已經做到了這一點，我們有了一個簡單的系統來研究與材料生長和行為相關的基本過程，「他補充道。
關於該小組未來的工作，Kotakoski說：「下一步是研究具有不同惰性氣體的團簇的性質以及它們在低溫和高溫下的行為。由於在光源和激光中使用惰性氣體，這些新結構將使未來的套用成為可能，例如在量子資訊科技中。
更多資訊： Manuel Längle 等人，石墨烯三明治中的二維少原子惰性氣體團簇， Nature Materials （2024）。DOI： 10.1038/s41563-023-01780-1
期刊資訊： Nature Materials
