Bilim insanları tek boyutlu gaz oluşturmak için kripton atomlarını yakalıyor
Nottingham News'in Personel Yazarları tarafından
Nottingham Birleşik Krallık (SPX) 24 Ocak 2024
Bilim insanları ilk defa, soy bir gaz olan kripton (Kr) atomlarını bir karbon nanotüp içinde tek boyutlu bir gaz oluşturmak üzere başarıyla hapsetmeyi başardılar.
Nottingham Üniversitesi Kimya Fakültesi'nden bilim insanları, çapı genişliğinden yarım milyon kat daha küçük olan bir "nano test tüpü" kabının içinde Kr atomlarının birer birer bir araya geldiği anı yakalamak için gelişmiş transmisyon elektron mikroskobu (TEM) yöntemlerini kullandı. bir insan saçı. Araştırma Amerikan Kimya Derneği dergisinde yayınlandı.
Atomların davranışları, evrenin temel birimleri oldukları hipotezinin ortaya atılmasından bu yana bilim adamları tarafından incelenmektedir. Atomların hareketinin sıcaklık, basınç, sıvı akışı ve kimyasal reaksiyonlar gibi temel olaylar üzerinde önemli etkisi vardır. Geleneksel spektroskopi yöntemleri, büyük atom gruplarının hareketini analiz edebilir ve daha sonra olayları atomik ölçekte açıklamak için ortalama verileri kullanabilir. Ancak bu yöntemler, bireysel atomların zamanın belirli bir noktasında ne yaptığını göstermez.
Araştırmacıların atomları görüntülerken karşılaştıkları zorluk, atomların 0.1 ila 0.4 nanometre arasında değişen çok küçük olmaları ve gaz fazında ses hızı ölçeğinde yaklaşık 400 m/s gibi çok yüksek hızlarda hareket edebilmeleridir. Bu, hareket halindeki atomların doğrudan görüntülenmesini çok zorlaştırıyor ve atomların gerçek zamanlı olarak sürekli görsel temsillerinin oluşturulması, en önemli bilimsel zorluklardan biri olmaya devam ediyor.
Nottingham Üniversitesi Kimya Fakültesi'nden Profesör Andrei Khlobystov şunları söyledi: "Karbon nanotüpler, atomları hapsetmemize ve bunları gerçek zamanlı olarak tek atom seviyesinde doğru bir şekilde konumlandırmamıza ve incelememize olanak tanıyor. Örneğin bu çalışmada asal gaz kripton (Kr) atomlarını başarılı bir şekilde yakaladık. Kr'nin atom numarası yüksek olduğundan TEM'de gözlemlenmesi hafif elementlere göre daha kolaydır. Bu, Kr atomlarının konumlarını hareketli noktalar olarak izlememize olanak sağladı."
Malzeme Bilimi Elektron Mikroskobu grubunun eski başkanı ve Ulm Üniversitesi'nde kıdemli profesör olan Profesör Ute Kaiser şunları ekledi: "Süreci gözlemlemek için renk ve küresel sapmaları düzelten son teknoloji ürünü SALVE TEM'imizi kullandık. Kripton atomlarının bir araya gelerek Kr2 çiftlerini oluşturması. Bu çiftler, moleküller ve atomlar dünyasını yöneten gizemli bir güç olan van der Waals etkileşimi tarafından bir arada tutulur. Bu heyecan verici bir yenilik çünkü gerçek uzayda iki atom arasındaki van der Waals mesafesini görmemize olanak sağlıyor. Bu, kimya ve fizik alanında atomların ve moleküllerin işleyişini daha iyi anlamamıza yardımcı olabilecek önemli bir gelişme.”
Araştırmacılar, bireysel Kr atomlarını nano test tüplerine taşımak için 60 karbon atomundan oluşan futbol şeklindeki moleküller olan Buckminster fullerenlerini kullandılar. Buckminsterfullerene moleküllerinin iç içe geçmiş karbon nanotüpler oluşturmak için birleşmesi, deneylerin hassasiyetinin artmasına yardımcı oldu. Bu malzemelerin hazırlanmasından ve analizinden sorumlu olan Nottingham Üniversitesi'nde doktora öğrencisi Ian Cardillo-Zallo şunları söylüyor: "Karbon kafeslerinin kaynaştırılmasıyla kripton atomları fulleren boşluklarından serbest bırakılabilir. Bu, 1200oC'de ısıtılarak veya bir elektron ışınıyla ışınlanarak elde edilebilir. Kr atomları arasındaki atomlar arası bağlar ve bunların dinamik gaz benzeri davranışları, tek bir TEM deneyinde incelenebilir."
Grup, tek boyutlu bir gaz oluşturmak için fulleren kafeslerinden çıkan Kr atomlarını doğrudan gözlemleyebildi. Taşıyıcı moleküllerden kurtulduktan sonra Kr atomları, alanın son derece dar olması nedeniyle nanotüp kanalı boyunca yalnızca tek boyutta hareket edebilir. Kısıtlı Kr atomları sırasındaki atomlar, trafik sıkışıklığındaki araçlar gibi birbirini geçemez ve yavaşlamak zorunda kalır. Ekip, izole edilmiş Kr atomlarının 1D gaza geçiş yaptığı ve TEM'de tek atom kontrastının kaybolmasına neden olduğu kritik aşamayı yakaladı. Bununla birlikte, taramalı TEM (STEM) görüntüleme ve elektron enerji kaybı spektroskopisi (EELS) gibi tamamlayıcı teknikler, kimyasal imzalarının haritalanması yoluyla her bir nanotüp içindeki atomların hareketini izlemeyi başardı.
EPSRC Ulusal Araştırma Tesisi SuperSTEM Direktörü Profesör Quentin Ramasse şunları söyledi: 'Elektron ışınını atom boyutundan çok daha küçük bir çapa odaklayarak, nano test tüpünü tarayabiliyor ve içinde hapsolmuş bireysel atomların spektrumlarını kaydedebiliyoruz. Bu atomlar hareket ediyor olsa bile. Bu bize tek boyutlu gazın spektral haritasını verir ve normal bir gazın yapacağı gibi atomların yerlerinin değiştiğini ve mevcut tüm alanı doldurduğunu doğrular.'
Nottingham Üniversitesi Nano Ölçekli ve Mikro Ölçekli Araştırma Merkezi (nmRC) direktörü Profesör Paul Brown şunları söyledi: 'Bildiğimiz kadarıyla, soy gaz atomu zincirlerinin doğrudan görüntülendiği ilk sefer bu. katı bir malzemede tek boyutlu bir gaz. Bu tür güçlü korelasyona sahip atomik sistemler, oldukça sıra dışı ısı iletkenliği ve difüzyon özellikleri sergileyebilir. Transmisyon elektron mikroskobu, atomların dinamiklerini gerçek zamanlı ve doğrudan uzayda anlamada çok önemli bir rol oynamıştır.'
Ekip, maddenin bu tür alışılmadık durumlarının sırlarını açığa çıkarmak için tek boyutlu sistemlerde sıcaklık kontrollü faz geçişlerini ve kimyasal reaksiyonları görüntülemek için elektron mikroskobu kullanmayı planlıyor.
Araştırma raporu:Kripton Dimerlerinin ve Zincirlerinin Atomik Ölçekte Zaman Çözünürlüklü Görüntülenmesi ve Tek Boyutlu Gaza Geçiş
İlgili Bağlantılar
University of Nottingham
Uzay Teknolojisi Haberleri – Uygulamalar ve Araştırma
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://www.spacedaily.com/reports/Scientists_trap_krypton_atoms_to_form_one_dimensional_gas_999.html
