به‌دام انداختن اتم‌های کریپتون برای تشکیل گاز

به‌تازگی دانشمندان دانشکده شیمی دانشگاه ناتینگهام با موفقیت اتم‌های منفرد کریپتون که یک گاز نجیب است را در داخل یک نانولوله کربنی به دام انداختند و یک گاز یک بعدی ایجاد کردند.

به گزارش تکناک، در این تحقیق از روش‌های میکروسکوپ الکترونی عبوری پیشرفته (TEM) استفاده شده است و جهشی قابل توجه در توانایی ما برای مشاهده و درک رفتار اتم‌ها در سطح تک اتمی را نشان می‌دهد.

روش‌های طیف‌سنجی سنتی محدودیت‌هایی در مشاهده مستقیم اتم‌های منفرد در عمل دارند و این محدودیت‌ها مطالعه رفتار بلادرنگ آنها را برای دانشمندان دشوار می‌کنند. با این حال، استفاده از نانولوله‌های کربنی که به‌عنوان لوله‌های آزمایش نانو عمل می‌کنند، به محققان اجازه می‌دهد تا اتم‌ها را به دام بیاندازند و به‌طور دقیق آن‌ها را بررسی کنند و دیدگاهی منحصر به فرد به حرکات دینامیکی آن‌ها ارائه دهند.

پروفسور آندری خلبیستوف از دانشگاه ناتینگهام در یک بیانیه مطبوعاتی توضیح داد: نانولوله های کربنی ما را قادر می‌سازند تا اتم‌ها را به دام بیندازیم و آنها را به طور دقیق در سطح تک اتمی در زمان واقعی قرار داده و مطالعه کنیم.

به عنوان مثال، ما با موفقیت کریپتون گاز نجیب (Kr) را به دام انداختیم. از آنجا که Kr دارای عدد اتمی بالایی است، مشاهده آن در یک TEM آسان‌تر از عناصر سبک تر است. این امر به ما اجازه داد تا موقعیت اتم‌های Kr را به عنوان نقاط متحرک ردیابی کنیم.

01
از 01
تکنیک‌های میکروسکوپ الکترونی عبوری

این گروه تحقیقاتی از تکنیک‌های پیشرفته میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) به‌ویژه SALVE TEM برای مشاهده فرآیند پیوستن اتم‌های کریپتون به یکدیگر برای تشکیل جفت استفاده کردند.

اسکرین‌شات ویدیویی تک اتم‌های Kr را نشان می‌دهد که در قفس‌های فولرن C60 درون نانولوله محبوس شده‌اند

این جفت ها که توسط واکنش واندروالس در کنار هم قرار گرفته اند، نشان دهنده یک پیشرفت مهم در زمینه شیمی و فیزیک هستند. پروفسور یوت کیسر، رئیس سابق گروه میکروسکوپ الکترونی علوم مواد، اهمیت این نوآوری را برجسته کرد و گفت: این روش به ما امکان می دهد فاصله واندروالس بین دو اتم را در فضای واقعی ببینیم.

برای انتقال اتم‌های کریپتون به داخل لوله‌های آزمایش نانو، محققان از فولرن‌های باک‌مینستر استفاده کردند که مولکول‌هایی به شکل توپ فوتبال متشکل از 60 اتم کربن هستند.

این مولکول‌ها در بهبود دقت آزمایش‌ها بسیار مهم بودند. اتم‌های کریپتون را می‌توان با همجوشی قفس‌های کربنی از حفره‌های فولرن آزاد کرد. این کار را می‌توان با گرم کردن در دمای 1200 درجه سانتی گراد یا تابش با پرتو الکترونی انجام داد.

این گروه با موفقیت اتم‌های کریپتون را مشاهده کردند که از قفس فولرن خارج می‌شوند تا یک گاز یک‌بعدی تشکیل دهند. این اتم‌ها پس از آزاد شدن از مولکول های حامل خود، به دلیل فضای بسیار باریک، محدود شدند تا در یک بعد در امتداد کانال نانولوله حرکت کنند. این محصور شدن منحصربه‌فرد باعث کاهش سرعت اتم‌ها شد که چیزی شبیه به وسایل نقلیه در ازدحام ترافیک بود.

پروفسور پل براون، مدیر مرکز تحقیقات دانشگاه ناتینگهام گفت: تا آنجایی که ما می‌دانیم، این اولین بار است که از زنجیره‌ای از اتم‌های گاز نجیب به طور مستقیم تصویربرداری شده است، که منجر به ایجاد گازی تک بعدی در یک ماده جامد می شود.

این کشف فرصت های جدیدی را برای درک و دستکاری رفتار اتمی با کاربردهای موثر در زمینه‌های مختلف علمی و فناوری رقم می‌زند.