برای اولین بار، دانشمندان با موفقیت اتم‌های کریپتون (KR)، را در داخل یک نانولوله کربنی به دام انداختند تا با این کار یک گاز یک بعدی تشکیل دهند. این شرایط امکان مطالعه رفتار گازها را زیر میکروسکوپ فراهم می‌کند.
گاز یک بُعدی دیده‌اید؟
دانشمندان دانشکده شیمی دانشگاه ناتینگهام از روش‌های پیشرفته میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) استفاده کردند تا لحظه‌ای را که اتم‌های کریپتون در داخل یک لوله آزمایش نانویی به هم می‌پیوندند، را تصویربرداری کنند. نتایج این تحقیق در نشریه American Chemical Society به چاپ رسیده است.
رفتار اتم‌ها همیشه برای دانشمندان مورد سوال بوده و آن‌ها تلاش داشته‌اند تا رفتار اتم‌ها را در شرایط مختلف مورد بررسی قرار دهند. حرکت اتم‌ها تأثیر معنی‌داری بر پدیده‌های اساسی مانند دما، فشار، جریان سیال و واکنش‌های شیمیایی دارد. روش‌های طیف‌سنجی سنتی می‌تواند حرکت گروه‌های بزرگ اتم را تجزیه و تحلیل کرده و سپس از این داده‌ها برای توضیح پدیده‌ها در مقیاس اتمی استفاده کند. با این حال، این روش‌ها نشان نمی‌دهد که اتم‌های منفرد در یک نقطه خاص چه کاری انجام می‌دهند.
چالش محققان هنگام تصویربرداری از اتم‌ها این است که آن‌ها بسیار کوچک هستند، از ۰٫۱ تا ۰٫۴ نانومتر، و با سرعت بسیار زیاد در حدود ۴۰۰ متر بر ثانیه در فاز گاز حرکت می‌کنند که این سرعت قابل قیاس با سرعت صوت است. این ویژگی‌ها باعث می‌شود تصویربرداری مستقیم از اتم‌ها در عمل بسیار دشوار باشد، و ایجاد شواهد بصری مداوم از اتم‌ها در زمان واقعی یکی از مهمترین چالش‌های علمی است.
پروفسور آندریخلوبیستوف، از دانشکده شیمی، دانشگاه ناتینگهام ، گفت: «نانولوله‌های کربنی ما را قادر می‌سازد تا اتم‌ها را به دام بیندازیم و به طور دقیق موقعیت آن‌ها را در سطح تک اتم در زمان واقعی مطالعه کنیم. به عنوان مثال ، ما در این مطالعه با موفقیت اتم‌های گاز نجیب کریپتون را به دام انداختیم. از آنجا که کریپتون دارای عدد اتمی بالایی است، مشاهده آن در TEM آسان‌تر از عناصر سبک‌تر است. این ویژگی به ما اجازه می‌دهد تا موقعیت‌های اتم‌های کریپتون را به عنوان نقاط در حال حرکت ردیابی کنیم.»
محققان از فولرن برای انتقال اتم‌های کریپتون منفرد به داخل لوله‌های آزمایش نانویی استفاده کردند. اتم‌های کریپتون با از حفره‌های فولرن آزاد می‌شوند. این امر می‌تواند با گرم شدن در ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد یا تابش با پرتوی الکترونی حاصل شود. پیوند بین اتمی بین اتم‌های کریپتون و رفتار دینامیک آن‌ها مورد آزمایش قرار گرفت.
اتم‌های کریپتون به دلیل فضای بسیار باریک لوله آزمایش می‌توانند فقط در یک بعد در امتداد کانال نانولوله حرکت کنند. آن‌ها نمی‌توانند از یکدیگر عبور کنند و مجبور به کاهش سرعت هستند، مانند وسایل نقلیه در تراکم ترافیک.
