Première imagerie directe de petits amas de gaz rares à température ambiante

Pour la première fois, des scientifiques ont réussi à stabiliser et à imager directement de petits amas d’atomes de gaz nobles à température ambiante. Cette réalisation ouvre des perspectives passionnantes pour la recherche fondamentale en physique de la matière condensée et les applications en technologie de l’information quantique.

Un piège noble

Le groupe de Jani Kotakoski à 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 les gaz nobles sont utilisés pour irradier, ils peuvent se retrouver piégés entre deux feuilles de graphène. Cela se produit lorsque les ions de gaz nobles sont suffisamment rapides pour traverser la première mais pas la seconde couche de graphène.

Une fois piégés entre les couches, les gaz nobles sont libres de se déplacer. C’est parce qu’ils ne forment pas de liaisons chimiques. Pour accueillir les atomes de gaz nobles, le graphène se courbe toutefois pour former de petites poches. Ici, deux ou plusieurs atomes de gaz nobles peuvent se rencontrer et former des nanoclusters de gaz nobles bidimensionnels réguliers et densément emballés.

Du plaisir avec le microscope

« Nous avons utilisé la microscopie électronique en transmission à balayage pour observer ces amas, et ils sont vraiment fascinants et très amusants à regarder. Ils tournent, sautent, grandissent et rétrécissent lorsque nous les imageons », déclare Manuel Längle, auteur principal de l’étude.

« Faire entrer les atomes entre les couches a été la partie la plus difficile du travail. Maintenant que nous avons réussi cela, nous avons un système simple pour étudier les processus fondamentaux liés à la croissance et au comportement des matériaux », ajoute-t-il.

En synthèse

En commentant le travail futur du groupe, Jani Kotakoski conclut : « Les prochaines étapes consistent à étudier les propriétés des amas avec différents gaz nobles et comment ils se comportent à basse et haute température. En raison de l’utilisation des gaz nobles dans les sources lumineuses et les lasers, ces nouvelles structures pourraient à l’avenir permettre des applications par exemple en technologie de l’information quantique. »

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le graphène ?

Le graphène est un matériau bidimensionnel constitué d’une seule couche d’atomes de carbone disposés en un réseau hexagonal.

Qu’est-ce qu’un gaz noble ?

Un gaz noble est un type d’élément chimique qui est caractérisé par une faible réactivité chimique.

Qu’est-ce que la microscopie électronique en transmission à balayage ?

C’est une technique de microscopie qui utilise un faisceau d’électrons pour visualiser des échantillons à l’échelle nanométrique.

Qu’est-ce que l’irradiation ionique ?

L’irradiation ionique est une technique utilisée pour modifier les propriétés des matériaux en bombardant leur surface avec des ions.

Quelles sont les applications potentielles de cette recherche ?

Cette recherche pourrait avoir des applications dans la technologie de l’information quantique et la physique de la matière condensée.

Références

Légende illustration principale : Nanoclusters de xénon entre deux couches de graphène, avec des tailles comprises entre deux et dix atomes. Crédit : Manuel Längle

Article : « Two-dimensional few-atom noble gas clusters in a graphene sandwich. » – 10.1038/s41563-023-01780-1