Zwischen Graphenschichten eingeschlossene Edelgasatome eröffnen neue Möglichkeiten für die Quantentechnologie und die Physik der kondensierten Materie. Zum ersten Mal ist es Forschern gelungen, kleine Cluster von Edelgasatomen bei Raumtemperatur zu stabilisieren und direkt abzubilden. Dieser Durchbruch bietet neue Möglichkeiten für die Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Physik der kondensierten Materie und mögliche Anwendungen der Quanteninformationstechnologie.
Wissenschaftlern der Universität Wien gelang in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Helsinki dieser Durchbruch. Der Schlüssel dazu war der Einschluss von Edelgasatomen zwischen zwei Graphenschichten. Diese Methode überwindet das Problem, dass Inertgase unter normalen experimentellen Temperaturbedingungen keine stabilen Strukturen bilden können. Details zur Methode und die ersten elektronenmikroskopischen Bilder der Strukturen von Edelgasen (Krypton und Xenon) wurden jetzt in Nature Materials veröffentlicht.
Edelgasfalle
Jani Kotakoskis Forschungsgruppe an der Universität Wien untersuchte, wie man mit Ionenbestrahlung die Eigenschaften von Graphen und anderen zweidimensionalen Materialien verändern kann, als sie etwas Ungewöhnliches entdeckten: Bei Bestrahlung mit einem Edelgas wurden sie zwischen zwei Graphenschichten eingeschlossen.
Dies geschieht, wenn die Edelgasionen schnell genug sind, um die erste Graphenschicht zu durchdringen, nicht jedoch die zweite Schicht. Sobald das Edelgas zwischen den beiden Graphenschichten eingeschlossen ist, kann es sich frei bewegen. Dies liegt daran, dass sie keine chemischen Bindungen eingehen. Um jedoch die Edelgasatome aufzunehmen, biegt sich Graphen und bildet winzige Taschen. Hier können zwei oder mehr Edelgasatome aufeinandertreffen und regelmäßige, dichte zweidimensionale Edelgas-Nanocluster bilden.
Spaß mit dem Mikroskop
„Wir haben uns diese Cluster mithilfe der Rastertransmissionselektronenmikroskopie angeschaut, und sie waren wirklich faszinierend und sehr interessant. Als wir sie abbildeten, drehten, sprangen, wuchsen und schrumpften sie“, sagt Manuel Längle, Erstautor der Studie. „Die Beschaffung der Zwischenschichtatome war der schwierigste Teil der Arbeit. Nachdem wir das nun geschafft haben, verfügen wir über ein einfaches System zur Untersuchung grundlegender Prozesse im Zusammenhang mit Materialwachstum und -verhalten.“
Über die zukünftige Arbeit des Forschungsteams sagte Jani Kotakoski: „Der nächste Schritt besteht darin, die Eigenschaften von Clustern zu untersuchen, die verschiedene Edelgase enthalten, und ihr Verhalten bei niedrigen und hohen Temperaturen. Aufgrund der Verwendung von Edelgasen in Lichtquellen und Lasern könnten diese neuen Strukturen in Zukunft in Bereichen wie der Quanteninformationstechnologie eingesetzt werden.“
Zusammengestellt von /ScitechDaily