به نقل از تارنمای یورک الرت (eurekalert)، محققان دانشکده شیمی دانشگاه ناتینگهام در انگلیس 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.

رفتار اتم‌ها همیشه برای دانشمندان مورد سوال بوده و آن‌ها تلاش کردند 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 یک دهم تا چهار دهم 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.

دکتر آندریخلوبیستوف از محققان دانشکده شیمی، دانشگاه ناتینگهام در مورد این تحقیق گفت: نانولوله‌های کربنی به ما این امکان را می‌دهد 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، در این مطالعه با موفقیت اتم‌های گاز نجیب کریپتون را به دام انداختیم. از آنجا که این عنصر شیمیایی دارای عدد اتمی بالایی است، مشاهده آن در لوله‌های کربنی 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 مانند وسایل نقلیه در ترافیک سنگین هستند.

نتایج این تحقیق در نشریه American Chemical Society چاپ شده است.