Farklı boyutlardaki halkalardan oluşan bir alt yapı, altıgen bir yapıya sorunsuz bir şekilde yerleştirilmiştir. Kredi: Martin Luther University Halle-Wittenberg
Yüksek sıcaklıklarda, iki boyutlu titanyum oksidin yapısı bozulur ve yerine baryum eklendiğinde dört, yedi ve on atomlu halkalar oluşturur. tipik altıgenler. Atomların bu periyodik olmayan sıralaması, Max Planck Mikroyapı Fiziği Enstitüsü, Université Grenoble Alpes ve Gaithersburg, ABD’deki Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü ile işbirliği içinde Martin Luther Üniversitesi Halle-Wittenberg’den (MLU) bir araştırmacı ekibi tarafından keşfedildi. .
Araştırmaları, metal oksitlerden iki boyutlu yarı kristal oluşturmanın gizemini çözüyor ve yakın zamanda Nature Communications dergisinde yayınlandı.
Altıgenler, doğada sıklıkla bulunur. En bilinen örneği petektir ancak grafen veya titanyum oksit gibi çeşitli metal oksitler de bu yapıyı oluşturmaktadır. MLU’nun Fizik Enstitüsünde Yüzey ve Arayüz Fiziği grubunda araştırmacı olan Dr. Stefan Förster, “Altıgenler, periyodik düzenlemeler için ideal bir modeldir” diye açıklıyor.
“Birbirlerine o kadar mükemmel uyuyorlar ki boşluk kalmıyor. ”
2013’te bu grup, titanyum oksit ve baryum içeren ultra ince bir katmanı platin bir alt tabaka üzerine yerleştirip ultra yüksek vakumda yaklaşık 1.000 santigrat dereceye kadar ısıtarak şaşırtıcı bir keşif yaptı. Atomlar, on iki kenarlı daha da büyük simetrik şekillerde gruplanan üçgenler, kareler ve eşkenar dörtgenler halinde kendilerini düzenlediler. Beklenen 6 katlı periyodiklik yerine 12 katlı dönme simetrisine sahip bir yapı oluşturuldu.
Förster’e göre, “Periyodik olmayan bir yapıya sahip yarı kristaller yaratıldı. Bu yapı, gözlemcinin bu sıralamanın arkasındaki sistematiği ayırt etmesi zor olsa bile, oldukça düzenli olan temel atomik kümelerden yapılmıştır.” Halle’li fizikçiler, metal oksitlerde iki boyutlu yarı kristallerin oluşumunu dünya çapında gösteren ilk kişilerdi.
Bu tür yarı kristallerin oluşumunun altında yatan mekanizmalar, keşfedilmelerinden bu yana kafa karıştırıcı olmaya devam etti. MLU’daki fizikçiler şimdi Max Planck Mikroyapı Fiziği Enstitüsü Halle, Université Grenoble Alpes ve Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nden (Gaithersburg, ABD) araştırmacılarla işbirliği içinde bu bilmeceyi çözdüler. Ayrıntılı deneyler, enerjik hesaplamalar ve yüksek çözünürlüklü mikroskopi kullanarak, yüksek sıcaklıkların ve baryum varlığının sırasıyla dört, yedi ve on atomlu bir titanyum ve oksijen halkaları ağı oluşturduğunu gösterdiler.
“The baryum hem atomik halkaları kırar hem de onları dengeler,” diye açıklıyor ortak projenin başkanı Förster. “Bir baryum atomu yedili bir halkaya, iki tanesi onlu bir halkaya gömülüdür.” Bu, baryum atomlarının platin destekle elektrostatik olarak etkileşime girmesi, ancak titanyum veya oksijen atomlarıyla kimyasal bir bağ oluşturmaması nedeniyle mümkündür.
Araştırmacılar son keşifleriyle, temel bir soruyu açıklığa kavuşturmaktan fazlasını yaptı fizik. Förster, “Artık atomik düzeyde oluşum mekanizmalarını daha iyi anladığımıza göre, bu tür iki boyutlu yarı kristalleri talep üzerine metal oksitler veya grafen gibi diğer uygulamayla ilgili malzemelerde üretmeye çalışabiliriz” diyor. “Bu özel düzenlemenin tamamen yeni ve faydalı özellikler üretip üretmeyeceğini öğrenmekten heyecan duyuyoruz.”
Referans: “Elektrostatik kuvvetler tarafından sürülen on ikigen yarı kristallere 2B bal peteği dönüşümü” yazan Sebastian Schenk, Oliver Krahn, Eric Cockayne, Holger L. Meyerheim, Marc de Boissieu, Stefan Förster ve Wolf Widdra, 7 Aralık 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-35308-z
Deneyler, Alman Araştırma Vakfı ve Fransız Agence Nationale de la Recherche tarafından finanse edilen “Periyodik olmayan kristaller: yapı, dinamikler ve elektronik özellikler” projesinin bir parçası olarak yürütülmektedir.