Onderzoekers hebben een techniek gebruikt die vergelijkbaar is met MRI om de beweging van individuele atomen in realtime te volgen terwijl ze samenklonteren om tweedimensionale materialen te vormen. die een enkele atoomlaag dik zijn.

De resultaten, gerapporteerd in het journaal Fysieke beoordelingsbrieven , kunnen worden gebruikt om nieuwe soorten materialen en kwantumtechnologie-apparaten te ontwerpen. De onderzoekers, van de Universiteit van Cambridge, legde de beweging van de atomen vast met snelheden die acht orden van grootte te snel zijn voor conventionele microscopen.

Tweedimensionale materialen, zoals grafeen, het potentieel hebben om de prestaties van bestaande en nieuwe apparaten te verbeteren, vanwege hun unieke eigenschappen, zoals uitstekende geleidbaarheid en sterkte. Tweedimensionale materialen hebben een breed scala aan potentiële toepassingen, van bio-sensing en medicijnafgifte tot kwantuminformatie en kwantumcomputing. Echter, om tweedimensionale materialen hun volledige potentieel te laten bereiken, hun eigenschappen moeten worden verfijnd door middel van een gecontroleerd groeiproces.

Deze materialen vormen zich normaal gesproken als atomen op een ondersteunend substraat 'springen' totdat ze zich hechten aan een groeiend cluster. Door dit proces te kunnen volgen, krijgen wetenschappers veel meer controle over de afgewerkte materialen. Echter, voor de meeste materialen, dit proces gaat zo snel en bij zulke hoge temperaturen dat het alleen kan worden gevolgd met snapshots van een bevroren oppervlak, het vastleggen van een enkel moment in plaats van het hele proces.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Universiteit van Cambridge hebben het hele proces in realtime gevolgd, bij vergelijkbare temperaturen als in de industrie.

De onderzoekers gebruikten een techniek die bekend staat als 'helium spin-echo', die de afgelopen 15 jaar in Cambridge is ontwikkeld. De techniek heeft overeenkomsten met magnetische resonantie beeldvorming (MRI), maar gebruikt een bundel heliumatomen om een ​​doeloppervlak te 'verlichten', vergelijkbaar met lichtbronnen in alledaagse microscopen.

"Door deze techniek te gebruiken, we kunnen MRI-achtige experimenten doen terwijl de atomen zich verspreiden, " zei Dr. Nadav Avidor van Cambridge's Cavendish Laboratory, senior auteur van de krant. "Als je denkt aan een lichtbron die fotonen op een monster laat schijnen, als die fotonen terugkeren naar je oog, je kunt zien wat er in het voorbeeld gebeurt."

In plaats van fotonen echter, Avidor en zijn collega's gebruiken heliumatomen om te observeren wat er op het oppervlak van het monster gebeurt. Door de interactie van het helium met atomen aan het oppervlak kan de beweging van de oppervlaktesoort worden afgeleid.

Met behulp van een testmonster van zuurstofatomen die bewegen op het oppervlak van rutheniummetaal, de onderzoekers registreerden het spontaan breken en vormen van zuurstofclusters, slechts een paar atomen groot, en de atomen die snel diffunderen tussen de clusters.

"Deze techniek is niet nieuw, maar het is nooit op deze manier gebruikt, om de groei van een tweedimensionaal materiaal te meten, " zei Avidor. "Als je terugkijkt op de geschiedenis van spectroscopie, op licht gebaseerde sondes hebben een revolutie teweeggebracht in hoe we de wereld zien, en de volgende stap - op elektronen gebaseerde sondes - stelde ons in staat om nog meer te zien.

"We gaan nu nog een stap verder, naar op atomen gebaseerde sondes, waardoor we meer fenomenen op atomaire schaal kunnen waarnemen. Naast het nut ervan bij het ontwerp en de fabricage van toekomstige materialen en apparaten, Ik ben benieuwd wat we nog meer te zien krijgen."