Атомите на благородния газ криптон могат да бъдат блокирани в рамките на въглеродна нанотръба, без да могат да "се изпреварват" един друг подобно на коли в задръстване, което позволява на учените по-лесно да наблюдават как си взаимодействат. Изследователите се надяват, че този "едноизмерен газ" може да хвърли светлина върху фундаменталните физически сили.
Андрей Хлобистов (Andrei Khlobystov) от Университета в Нотингам, Великобритания, и колегите му са прекарали години в изследване на химични реакции във въглеродни нанотръби с дебелина само 1,5 нанометра – половин милион пъти по-малки от сечението на човешки косъм – тъй като малкото пространство ограничава движението и улеснява наблюдението. Сега те са разработили метод да направят същото с атоми на газа криптон, създавайки това, което те наричат едноизмерен газ.
Екипът взема молекули на бакминстерфулерен - сферични клетки, образувани от 60 въглеродни атома - с един атом на криптон, уловен вътре. След това тези молекули се засмукват във въглеродна нанотръба от силата на Ван дер Ваалс, слабото привличане, причинено от колебания в облаците от електрони, заобикалящи атомното ядро. След като се напълни, тръбата се нагрява до 1200°C, разрушавайки клетките. Въглеродните атоми се абсорбират в нанотръбата, оставяйки линия от криптонови атоми.
Единични атоми на криптон, уловени в клетки от бакминстерфулерен вътре в нанотръба, наблюдавани с електронен микроскоп. Кредит: University of Nottingham
Според Хлобистов резултатът е като "задръстване", където атомите могат да се наблюдават спокойно, вместо да профучават със скорост до 400 метра в секунда, както често се случва в триизмерен газ. Групата изобразява атомите с трансмисионна електронна микроскопия, която им позволява да измерват точно разстоянията между атомите.
"Те променят фундаментално поведението си", казва Хлобистов. "Това е доста любопитна система. Можем да проследим техните траектории – как се движат, как си взаимодействат. Това е хубава играчка за изследване на благородни газове, която ще ни даде някакво фундаментално разбиране за поведението на атомите при екстремни ограничения."
Други изследователи вече са наблюдавали атоми на криптон, образуващи се в двойки, държани заедно от силата на Ван дер Ваалс – явление, трудно за наблюдаване в неограничени атоми, което може да се случи и вътре в нанотръби. Хлобистов коментира, че по-нататъшните експерименти ще бъдат "пълни с изненади".
Бъдещи изследвания ще проучват как температурата влияе върху едномерния газ. Докато понижаването на температурата на газ в триизмерно пространство го кара да кондензира в течност, след което да се втвърди, няма гаранция, че същите правила се прилагат в едно измерение.
"Може би няма такова нещо като 1D течност и ще премине направо в 1D твърдо тяло. Това е малко пътешествие на открития", отбелязва Хлобистов.
Справка: Atomic-Scale Time-Resolved Imaging of Krypton Dimers, Chains and Transition to a One-Dimensional Gas; Ian Cardillo-Zallo, Johannes Biskupek, Johannes Biskupek, Sally Bloodworth, Elizabeth S. Marsden, Michael W. Fay, Quentin M. Ramasse, Graham A. Rance, Craig T. Stoppiello, William J. Cull, Benjamin L. Weare, Richard J. Whitby, Ute Kaiser, Paul D. Brown, and Andrei N. Khlobystov; ACS Nano 2024, Publication Date:January 22, 2024; https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07853
Източник: Strange 'one-dimensional gas' created by trapping atoms in a tiny tube, New Scientist
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари