Pour la première fois, une équipe de recherche a réussi à stabiliser et à imager directement de petits amas d’atomes de gaz rares à température ambiante. Cette réalisation ouvre des possibilités passionnantes pour la physique de la matière condensée et les applications dans les technologies de l'information quantique.
La clé de cette avancée, réalisée par des chercheurs de l’Université de Vienne en collaboration avec des collègues de l’Université d’Helsinki, a été l’inclusion d’atomes de gaz rares entre deux couches de graphène. Cela surmonte la difficulté selon laquelle les gaz rares ne forment pas de structures stables dans des conditions expérimentales à température ambiante.
Les détails de la méthode et les premières images au microscope électronique de structures de gaz rares (krypton et xénon) ont été publiés dans Nature Materials. .
Le groupe de Jani Kotakoski de l'Université de Vienne étudiait l'utilisation de l'irradiation ionique pour modifier les propriétés du graphène et d'autres matériaux bidimensionnels lorsqu'ils ont remarqué quelque chose d'inhabituel :lorsque des gaz rares sont utilisés pour l'irradiation, ils peuvent rester piégés entre deux couches de graphène. Cela se produit lorsque les ions des gaz rares sont suffisamment rapides pour pénétrer dans la première mais pas dans la deuxième couche de graphène.
Une fois piégés entre les couches, les gaz rares peuvent se déplacer librement. C'est parce qu'ils ne forment pas de liaisons chimiques. Cependant, pour accueillir les atomes de gaz rares, le graphène se plie et forme de minuscules bulles. Ici, deux ou plusieurs atomes de gaz nobles peuvent se rencontrer et former des nanoamas de gaz nobles bidimensionnels réguliers, étroitement compactés.
"Nous avons observé ces amas en utilisant la microscopie électronique à transmission et c'est vraiment fascinant et très amusant de les observer. Ils tournent, sautent, grandissent et rétrécissent à mesure que nous les imaginons", explique Manuel Längle, auteur principal de l'étude. "Placer les atomes entre les couches était la partie la plus difficile du travail. Maintenant que nous avons fait cela, nous disposons d'un système simple pour étudier les processus fondamentaux liés à la croissance et au comportement des matériaux", ajoute-t-il.
Concernant les travaux futurs du groupe, Kotakoski déclare :« Les prochaines étapes consisteront à étudier les propriétés des amas contenant différents gaz rares et leur comportement à basse et haute température. En raison de l'utilisation de gaz rares dans les sources lumineuses et les lasers, ces nouvelles structures permettront permettre des applications futures, par exemple dans les technologies de l'information quantique."
Plus d'informations : Manuel Längle et al, Amas de gaz rares bidimensionnels de quelques atomes dans un sandwich au graphène, Nature Materials (2024). DOI :10.1038/s41563-023-01780-1
Informations sur le journal : Matériaux naturels
Fourni par l'Université de Vienne
