Les scientifiques de Skoltech ont modélisé le comportement des nanobulles apparaissant dans les hétérostructures de van der Waals et le comportement des substances piégées à l'intérieur des bulles. À l'avenir, le nouveau modèle permettra d'obtenir des équations d'état pour des substances en nano-volumes, ouvrant de nouvelles opportunités pour l'extraction d'hydrocarbures à partir de roches contenant de grandes quantités de micro- et nanopores. Les résultats de l'étude ont été publiés dans le Journal de physique chimique .
Les nanostructures de van der Waals sont très prometteuses pour l'étude des échantillons les plus petits avec des volumes allant de 1 micron cube à plusieurs nanomètres cubes. Ces couches atomiquement minces de matériaux bidimensionnels, comme le graphène, le nitrure de bore hexagonal (hBN) et les dichalcogénures de métaux de transition, sont maintenus ensemble uniquement par une faible interaction de van der Waals. L'insertion d'un échantillon entre les couches sépare les couches supérieure et inférieure, faire lever la couche supérieure pour former une nanobulle. La structure résultante deviendra alors disponible pour la microscopie électronique à transmission et à force atomique, donnant un aperçu de la structure de la substance à l'intérieur de la bulle.
Les propriétés présentées par les substances à l'intérieur des nanobulles de van der Waals sont assez inhabituelles. Par exemple, l'eau piégée à l'intérieur d'une nanobulle affiche une décroissance de sa constante diélectrique et grave la surface du diamant, quelque chose qu'il ne ferait jamais dans des conditions normales. L'argon qui existe généralement sous forme liquide lorsqu'il est en grande quantité peut devenir solide à la même pression s'il est piégé à l'intérieur de très petites nanobulles d'un rayon inférieur à 50 nanomètres.
Des scientifiques dirigés par le professeur Iskander Akhatov du Skoltech Center for Design, Manufacturing and Materials (CDMM) a construit un modèle numérique universel d'une nanobulle qui permet de prédire la forme de la bulle dans certaines conditions thermodynamiques et de décrire la structure moléculaire de la substance piégée à l'intérieur.
« D'un point de vue pratique, les bulles dans les structures de van der Waals sont le plus souvent considérées comme des défauts dont les expérimentateurs sont impatients de se débarrasser. Cependant, du point de vue de l'électronique de contrainte, les bulles créent des tensions, et son effet sur la structure électronique peut être utilisé pour créer des dispositifs pratiques, comme les transistors, éléments logiques et ROM, " Petr Zhilyaev, un chercheur scientifique senior chez Skoltech, mentionné.
« Dans notre étude récente, nous avons créé un modèle qui décrit une forme spécifique que les nanobulles plates prennent uniquement dans la plage de dimensions subnanométriques. Nous avons découvert que la taille verticale de ces nanostructures ne peut prendre que des valeurs discrètes divisibles par la taille des molécules piégées. En outre, le modèle permet de changer la taille des nanobulles en contrôlant la température du système et les paramètres physico-chimiques des matériaux, ", a déclaré le chercheur principal Timur Aslyamov.
