В експерименті атоми криптону «вишикувалися» в лінію. Дослідження опубліковано у журналі ACS Nano.
Дослідники зі Школи хімії Ноттінгемського університету використовували електронну мікроскопію (ПЕМ), щоб зафіксувати момент, коли атоми криптону «вибудувалися» один за одним усередині «нанопробірки», діаметр якої у півмільйона разів менший за товщину людського волосся.
Проблема, з якою стикаються дослідники під час візуалізації атомів, у тому, що ці частинки дуже малі — середній розмір від 0,1 до 0,4 нм — і рухаються з дуже високими швидкостями — близько 400 м/с газової фази. Це робить фотографію атомів надзвичайно складною, а створення послідовних знімків у реальному часі практично нереальним.
Щоб подолати цю проблему, дослідники розробили спеціальну «полапку», яка мала сповільнити атоми. Хіміки використовували найтонші вуглецеві нанотрубки з молекулярне з’єднання вуглецю з 60 атомів, що містять усередині фулерен, які формують структуру, що нагадує футбольний м’яч. І зловили в цю пастку атоми криптону — інертного одноатомного газу (шляхетного).
Атоми криптону, захоплені в фулеренові пастки (ліворуч), а також диполі криптону (праворуч зверху), що формуються при опроміненні нанотрубок електронами, і одновимірний газ (праворуч знизу), що формується при руйнуванні фулерену під нагріванням. Зображення: Ian Cardillo-Zallo et al., ACS Nano
За допомогою мікроскопії, що просвічує, вчені спостерігали, як атоми криптону виходять з фулеренових клітин і утворюють одновимірний газ — вибудовуючись один за одним всередині нанотрубки. Атоми благородного газу, що звільнилися, можуть рухатися тільки в одному вимірі вздовж каналу нанотрубки через надзвичайно вузький простір. При цьому пов’язані в ряд атоми не можуть «роз’їхатися» і змушені сповільнюватися як машини в пробці.
Спостереження одновимірного газу із криптону
Можливість спостереження та вивчення окремих атомів, та великих груп, як у класичних експериментах, допоможе краще зрозуміти фізику фундаментальних фізичних та хімічних явищ та процесів, у тому числі температури, тиску та хімічних реакцій.