Команда хіміків вперше отримала одновимірний благородний газ — склали атоми газоподібного криптону у нанотрубці так, щоб вони могли рухатися лише в одному напрямку. У будь-якому іншому контейнері ці атоми розлетілися б у різні сторони, але тепер, коли вчені їх зловили, вони зможуть детально дослідити взаємодію атомів, пише New Scientist. Стаття науковців опублікована в ACS Nano.
Захоплені у клітки з вуглецю атоми криптону у нанотрубці на зображенні з трансмісійного електронного мікроскопа високої роздільної здатності. Ian Cardillo-Zallo et al. / ACS Nano, 2024
👋 Слідкуйте за наукою разом з нами — підписуйтеся на наш телеграм та інстаграм, буде цікаво!
Навіщо створювати такий газ?
Сьогодні хіміки можуть досліджувати хімічні реакції у масштабі атомів і молекул, використовуючи, наприклад, трансмісійні електронні мікроскопи. Завдяки цьому вчені мають можливість не лише краще розуміти, як протікає реакція, а й створювати нові матеріали та сполуки, налаштовуючи їхні властивості. Утім, із газоподібними речовинами такі дослідження проводити складніше, адже атоми постійно й хаотично змінюють своє положення зі швидкістю до 400 метрів на секунду. Через це майже неможливо побачити, що відбувається з кожним окремим атомом у певний момент часу. Вихід для благородного газу криптону знайшли науковці Ноттінгемського університету.
Як атоми склали в рядок?
Для свого дослідження вчені звернулися до найменших у світі пробірок — вуглецевих нанотрубок, які мають товщину у всього 1,5 нанометра, що у півмільйона разів менше, ніж ширина людської волосини. Щоб помістити газоподібний криптон у нанотрубки, науковці створили фулерени — молекули у формі футбольного м'яча, де атом криптону розмістили між 60 атомами вуглецю. Ці молекули й помістили у нанотрубки, використовуючи дію сили Ван дер Ваальса, тобто притягання між молекулами.
Схематичне зображення, поєднане із знімками мікроскопа, де показані атоми криптону (блакитним) у клітках молекул фулеренів, замкнених у вуглецевих нанотрубках. Зображення до та після нагрівання. Ian Cardillo-Zallo et al. / ACS Nano, 2024
Відтак нанотрубки нагріли до 1 200 градусів Цельсія, що зруйнувало «вуглецеву оболонку» навколо криптона й залишило лише атоми цього газу, замкненими у трубки. Тепер можна було у реальному часі стежити за їхньою взаємодією за допомогою трансмісійного електронного мікроскопа. Завдяки тому, що атоми були обмежені у просторі, вони рухалися лише в одному напрямку — стали одновимірним газом — але зберігали свої властивості. За словами вчених, це перший експеримент, у якому благородний газ перетворили на одновимірний. У майбутньому науковці планують випробувати й інші сполуки, використовуючи технологію для дослідження динаміки газів й їхніх властивостей.
- Також нещодавно хімікам вдалося зав'язати атоми у найменший й найтугіший у світі вузол. Науковці використали для нього всього 54 атоми.