Atomy w kolejce, czyli materia o jednym tylko wymiarze

Coś, co określono jako „jednowymiarowy gaz”, udało się stworzyć badaczom z brytyjskiego Uniwersytetu w Nottingham. Odkryli oni, że atomy kryptonu mogą zostać ustawione ciasno w nanorurce węglowej o średnicy zaledwie 1,5 nanometra, tworząc „korek”, nie mogąc się wzajemnie omijać. Ta niezwykła postać materii, zdaniem uczonych, może ukazać w nowym świetle fundamentalne oddziaływania fizyczne.

Zespół wykorzystał w eksperymentach cząsteczki buckminsterfullerenu C60 (wyglądające na kuliste, w kształcie klatki, tworzone z siatki sześćdziesięciu atomów węgla). W tych właśnie strukturach uwięziono pojedyncze atomy kryptonu. Cząsteczki były następnie zasysane do nanorurki węglowej z wykorzystaniem oddziaływań międzycząsteczkowych van der Waalsa (oddziaływania między dipolem trwałym a indukowanym). Jest to słabe przyciąganie spowodowane fluktuacjami w chmurach elektronów otaczających jądra atomowe. Po zapełnieniu atomami, rurka była podgrzewana do temperatury 1200°C, co powodowało rozbicie klatek, przy czym atomy węgla były wchłaniane przez nanorurki, pozostawiając szereg „nagich” atomów kryptonu.

Nie mogąc swobodnie się poruszać z powodu sił odpychania na poziomie atomowym, atomy kryptonu ustawiły się w „kolejkę” jeden za drugim. Ich obraz w szeregu został uwidoczniony dzięki transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Pozwoliło to także dokładnie zmierzyć odległości między atomami. W planie są badania nad tym, jak temperatura wpływa na taki „jednowymiarowy gaz”. Jak wiadomo, obniżenie temperatury gazu w przestrzeni trójwymiarowej powoduje jego kondensację w ciecz, a następnie zestalenie, zdaniem badaczy, wcale nie ma gwarancji, że te same zasady mają zastosowanie w układach jednowymiarowych.

Źródło: newscientist.com, Fot. Adobe Stock

Mirosław Usidus