Imagerie et investigation des chaînes d’atomes individuels


Accroché à un fil: imagerie et investigation des chaînes d'atomes individuels

Figure 1. Méthode de mesure pour la nanomécanique microscopique (à gauche). Représentation schématique de la technologie. La rigidité nanomatériaux tels que les atomiques de platine (Pt) peut être mesurée avec un résonateur à extension de longueur (LER) fabriqué à partir d’un cristal de quartz. La structure atomique de la chaîne peut être observée avec un microscope électronique à (TEM). Nous avons constaté que la force de liaison atomique dans les chaînes Pt monoatomiques est de 25 N / m, ce qui est supérieur à la valeur volumique (20 N / m). (à droite) Images TEM expérimentales et simulées d’une chaîne Pt monatomique et l’évolution de sa conductivité électrique et de sa rigidité au cours du temps lors de l’étirement. La charge maximale était en moyenne de 24%.

Les matériaux de faible dimension tels que les chaînes monoatomes 1D ont des propriétés exotiques qui pourraient trouver des applications intéressantes. Cependant, les liaisons à un seul atome et leurs propriétés mécaniques sont difficiles à étudier. Dans une étude récente, des scientifiques du JAIST, au Japon, ont introduit une nouvelle méthode par laquelle les chaînes monoatomiques de platine peuvent être simultanément imagées avec un microscope électronique à transmission tandis que leur force de liaison et leur conductivité sont mesurées pendant l’étirement mécanique. Cette technique permettra de répondre à de nombreuses questions dans les domaines de la nanomécanique et des sciences des surfaces.

De nombreux domaines des matériaux bien étudiés tels que l’électronique et la catalyse atteignent maintenant presque leurs limites pratiques. Pour améliorer davantage la technologie moderne et surpasser les équipements de pointe, les chercheurs à la recherche de nouveaux matériaux fonctionnels doivent repousser les limites et étudier des cas plus extrêmes. Un exemple clair de ceci est l’étude des matériaux de faible dimension tels que les couches monoatomiques (matériaux 2D) et les chaînes monoatomiques (matériaux 1D).

Il a été prouvé à maintes reprises que les matériaux de faible dimension ont des propriétés exotiques qui font défaut à leurs homologues en vrac 3D. Par exemple, les chaînes monoatomiques de métaux comme l’or et le platine (Pt) peuvent montrer la contribution de certains phénomènes quantiques comme l’ordre magnétique ou le transfert de chaleur d’une manière qui pourrait trouver des applications pratiques. Cependant, il est très difficile d’observer expérimentalement ce qui se passe dans les chaînes monoatomiques de cinq atomes ou moins, et les propriétés mécaniques des liaisons atomiques simples restent insaisissables.

Pour résoudre ce problème, un groupe de recherche dirigé par le professeur Yoshifumi Oshima du Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) au Japon développe une technique nouvelle et prometteuse pour mesurer la force des liaisons atomiques individuelles. Leur dernière étude publiée dans Nano lettres et a présenté leur stratégie aux chercheurs du JAIST (Dr Zhang, Dr Ishizuka, Prof. Tomitori, Prof. Maezono et Prof. Hongo) ainsi qu’au Pr Arai de l’Université de Kanazawa et au Pr Tosatti de l’International School for Advanced Studies ( SISSA) et le Centre international Abdus Salam de physique théorique (CIPT) étaient impliqués.

Cette nouvelle technique, désignée par Oshima sous le nom de «méthode de mesure microscopique nanomécanique», associe la microscopie électronique à transmission (MET) à un résonateur d’allongement à quartz (LER). La TEM est une technique d’imagerie largement utilisée avec une résolution spatiale incroyablement élevée – suffisante pour détecter des atomes – tandis que le LER est un appareil qui peut vibrer à des amplitudes incroyablement petites de dizaines de billions de mètres et sert de capteur de force.

Les chercheurs ont développé un montage expérimental dans lequel une petite jonction Pt était étirée jusqu’à son point de rupture absolu, c’est-à-dire lorsque les deux morceaux de Pt étaient reliés par une chaîne monoatomique de deux à cinq atomes. En alignant soigneusement les pièces dans le TEM, ils ont observé la formation et la rupture des chaînes Pt monoatomiques en temps réel. En outre, ils ont utilisé le quartz LER pour mesurer la conductivité à travers la chaîne et sa rigidité, à partir desquelles la résistance des liaisons Pt individuelles a été calculée avec succès. « Nous avons constaté que la force de liaison de 25 N / m dans les chaînes Pt monoatomiques est remarquablement élevée, en particulier par rapport aux 20 N / m normalement trouvés dans les cristaux de Pt en vrac », commente Zhang. « De plus, ces liaisons à un seul atome pourraient être étirées d’environ 24% de leur espacement régulier, contrairement aux 5% qui permettent d’étirer en grande quantité les liaisons entre les atomes de Pt », ajoute-t-il.

Les résultats de l’étude montrent le potentiel de cette nouvelle technique pour étudier les liaisons en chaîne monoatomiques, ce qui pourrait conduire à une meilleure compréhension des interfaces ou des surfaces de matériaux de faible dimension. «Notre méthode pourrait apporter une contribution majeure à la conception de matériaux et catalyseurs avancés et fournir des informations sur les phénomènes nanométriques en relation avec la nanomécanique de surface ou d’interface», souligne Oshima. Des matériaux plus sophistiqués et une meilleure compréhension de leurs propriétés de surface feront sans aucun doute progresser les domaines de l’électronique, de la chimie et des nanotechnologies et ouvriront la voie à des conceptions innovantes et, espérons-le, durables.

Il est très probable que le terme «suspendu à un fil» aura bientôt un sens plus positif dans la science des nanomatériaux.


Le suivi des atomes en temps réel pourrait conduire à une meilleure conception des matériaux


Plus d’information:
Jiaqi Zhang et coll. Étrange nature de liaison atomique dans les chaînes mensuelles de platine, Nano lettres (2021). DOI: 10.1021 / acs.nanolett.1c00564

Fourni par le Japan Advanced Institute of Science and Technology

Citation: Hanging by a thread: imaging and investigation of chains of individual atomes (2021, 14 mai), consulté le 15 mai 2021 sur https://phys.org/news/2021-05-thread-imaging-probing-chains- atoms.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. Sauf pour le commerce équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif uniquement.

Laisser un commentaire