Nanoclusters de xénon entre deux couches de graphène, avec des tailles comprises entre deux et dix atomes. Crédit : Manuel Längle
De nouvelles possibilités en technologie quantique et en physique de la matière condensée ouvertes par les atomes de gaz rares confinés entre des couches de graphène.
Pour la première fois, des chercheurs ont réussi à stabiliser et à visualiser directement de petits amas d’atomes de gaz nobles à température ambiante. Cette percée offre de nouvelles opportunités pour la recherche fondamentale dans le domaine de la physique de la matière condensée et des applications potentielles dans les technologies de l’information quantique.
La clé de cette avancée, réalisée par des scientifiques de l’Université de Vienne en collaboration avec des collègues de l’Université d’Helsinki, a été le confinement des atomes de gaz rares entre deux couches de graphène. Cette méthode 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 toutes premières images en microscopie électronique de structures de gaz rares (krypton et xénon) ont été publiées dans Matériaux naturels.
Un noble piège
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 irradier, ils peuvent rester piégés entre deux feuilles de graphène. .
Cela se produit lorsque les ions de gaz rares sont suffisamment rapides pour traverser la première mais pas la deuxième couche de graphène. Une fois piégés entre les couches, les gaz rares sont libres de se déplacer. C’est parce qu’ils ne forment pas de liaisons chimiques. Cependant, afin d’accueillir les atomes de gaz rares, le graphène se plie pour former de minuscules poches. Ici, deux ou plusieurs atomes de gaz rares peuvent se rencontrer et former des nanoamas de gaz rares bidimensionnels réguliers et densément peuplés.
S’amuser avec le microscope
« Nous avons utilisé la microscopie électronique à transmission et à balayage pour observer ces amas, et ils sont vraiment fascinants et très amusants à 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 y sommes parvenus, nous disposons d’un système simple pour étudier les processus fondamentaux liés à la croissance et au comportement des matériaux », ajoute-t-il.
Commentant les futurs travaux du groupe, Jani Kotakoski déclare : « Les prochaines étapes consisteront à étudier les propriétés des amas contenant différents gaz nobles et leur comportement à basse et haute température. Grâce à l’utilisation de gaz rares dans les sources lumineuses et les lasers, ces nouvelles structures pourraient à l’avenir permettre des applications, par exemple dans la technologie de l’information quantique.
