Táncra perdülő szilíciumatomokat fedeztek fel a grafénban az amerikai Oak Ridge-i Nemzeti Laboratórium (ORNL) fizikusai. A grafén nanotechnológiai anyag, egyetlen atom vastagságú grafitréteg. Az ORNL kutatócsoportja akkor észlelte a szilíciumatomok szokatlan viselkedését, amikor sikerült hat atomból álló klasztereiket a grafén méhsejtszerkezetű szénatomi rácsában foglyul ejteni. Az ily módon megkötött szilíciumatomok hatos csoportjait ezután pásztázó transzmissziós elektronmikroszkóp (STEM) segítségével figyelték meg, amely atomi felbontású képalkotást tesz lehetővé. Az atomokat a STEM által a képalkotásra használt elektronnyaláb energiája késztette táncra – olvasható a ScienceDaily tudományos hírportálon.
„Nem ez az első alkalom, amikor szilíciumatomok klasztereit sikerül megfigyelni. A nehézség abban rejlik, hogy az elektronnyaláb energiájának hatására ezek az atomok általában »körtáncba fognak«. A mostani megfigyelések abban különböznek a korábbi eredményektől, hogy első ízben sikerült észlelni e mozgások visszafordíthatóságát. Láthattuk, hogy miként változik oda-vissza e csoportok szerkezete annak következtében, hogy egyetlen atom cikázik a két pont között” – hangsúlyozta Jaekwang Lee, a tanulmány vezető szerzője.
Magyarázatként hozzáfűzte, hogy a hagyományos berendezésekkel csupán közvetett információkat gyűjthettek a klaszterekről, nem figyelhették meg 3D-ben a szilíciumatomok csoportjainak szerkezetét. „Az apró klaszterek szerkezetének elemzése azért fontos, mert segít megérteni, hogy az atomi konfigurációk változása nyomán miként módosulnak az anyag tulajdonságai. Ennek köszönhetően specifikus alkalmazásra szánt molekulákat lehet majd szabni” – emelte ki Lee, aki szerint felfedezésük révén távlatilag kívánt elektronikai és optikai tulajdonságokkal rendelkező anyagokat lehet előállítani.
Az ORNL kutatócsoportja a kísérleti adatokat elméleti számításokkal is kiegészítette, kimutatva, mekkora energia szükséges ahhoz, hogy a szilíciumatom oda-vissza „sasszézzon” a különböző pozíciók között. Az elektronmikroszkóp a közönséges fényt használó optikai mikroszkóppal ellentétben elektroncsóvával világítja meg a megfigyelendő objektumot. Az elektronsugárzás hullámhossza lényegesen kisebb a fénysugár hullámhosszánál, ezáltal sokkal erősebb nagyítást tesz lehetővé.
Több fajtája létezik, a transzmissziós elektronmikroszkóp a tárgy megfigyelését elektronsugárral való átvilágításban végzi, a pásztázó elektronmikroszkóp a visszavert elektronok segítségével állít elő képet a tárgy felületéről. A transzmissziós elektronmikroszkópok megfelelő kiegészítőkkel ellátva pásztázó üzemmódban is használhatók. Mind a transzmissziós, mind a pásztázó elektronmikroszkópban az elektronsugár és az anyag között létrejövő kölcsönhatások olyan másodlagos jelek kibocsátását is eredményezik, amelyek nem csupán az anyag belső és felszíni szerkezetéről alkotnak képet, hanem a kémiai jellemzőiről is fontos információkat hordoznak.
