Een internationaal team van natuurkundigen is erin geslaagd de condensatie van individuele atomen in kaart te brengen, of liever hun overgang van een gasvormige toestand naar een andere toestand, met behulp van een nieuwe methode. Onder leiding van het Zwitserse Nanoscience Institute en de afdeling Natuurkunde aan de Universiteit van Basel, het team kon voor het eerst volgen hoe xenon-atomen condenseren in microscopisch kleine maatbekers, of kwantumbronnen, waardoor belangrijke conclusies kunnen worden getrokken met betrekking tot de aard van atomaire binding. De onderzoekers publiceerden hun resultaten in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Het team onder leiding van professor Thomas Jung, die bestaat uit onderzoekers van het Zwitserse Nanoscience Institute, Afdeling Natuurkunde aan de Universiteit van Basel en het Paul Scherrer Instituut, ontwikkelde een methode waarmee voor het eerst de condensatie van individuele atomen stapsgewijs in kaart kan worden gebracht. De onderzoekers lieten atomen van het edelgas xenon condenseren in kwantumputten en volgden de resulterende ophopingen met behulp van een scanning tunneling microscoop.

Kwantumputten als bekers

De autonome organisatie van specifiek 'geprogrammeerde' moleculen vergemakkelijkt het creëren van een poreus netwerk op een substraatoppervlak - dit zijn de kwantumputten die worden gebruikt als maatbekers met een specifiek gedefinieerde grootte, vorm en atomaire wand- en vloerstructuur. De bewegingsvrijheid van de atomen is beperkt in de kwantumbronnen, waardoor de rangschikking van de atomen nauwlettend kan worden gevolgd en in kaart kan worden gebracht, afhankelijk van de samenstelling.

Met deze gegevens, de onderzoekers konden aantonen dat de xenon-atomen zich altijd volgens een bepaald principe rangschikken. Bijvoorbeeld, sommige eenheden bestaande uit vier atomen worden pas gevormd als er minstens zeven atomen in de kwantumput zijn. En als er twaalf atomen in de kwantumbron zijn, dit resulteert in de creatie van drie zeer stabiele vier-atoomeenheden.

Conclusies over de aard van binding

De beelden en structuren van nanocondensaten die voor het eerst zijn vastgelegd, maken het mogelijk om belangrijke conclusies te trekken over de aard van de fysieke bindingen die door de xenon-atomen worden gevormd. "Maar dit systeem is niet uitsluitend beperkt tot edelgassen, " zegt Sylwia Nowakowska, hoofdauteur van de publicatie. "We kunnen het ook gebruiken om andere atomen te onderzoeken en de manier waarop ze zich hechten." Omdat de nieuw ontwikkelde methode atomaire binding nauwkeurig in kaart brengt en de stabiliteit van de verschillende toestanden bepaalt, het kan ook worden gebruikt om theoretische berekeningen over obligaties te verifiëren.

De resultaten van het onderzoek zijn gebaseerd op een samenwerking tussen onderzoekers uit Zwitserland, Brazilië, Zweden, Duitsland en Nederland, en werden gepubliceerd in het huidige nummer van het wetenschappelijke tijdschrift Natuurcommunicatie .