液体と戯れる固体原子の初のビデオを見る

夏は暑いので、原子は泳ぎに出かけます。

材料科学者は初めて、液体溶液中を移動する個々の固体原子を記録した。英国マンチェスター大学とケンブリッジ大学の国立グラフェン研究所のエンジニアチームは、透過型電子顕微鏡を使用してこの繊細な技を成し遂げた。この技術により、研究者は極小の物体を非常に詳細に観察し、画像を撮影することができる。しかし通常、電子が適切にスキャンできるように、対象物を動かさずに高圧真空システム内に保持する必要がある。このため、原子レベルでの顕微鏡の使用は制限される。

エンジニアたちは、密閉された液体と気体の環境で動作する新しいタイプの装置を利用することで、この問題を回避した。実験の準備として、彼らはナノメートルの薄さの二重層グラフェンセルを備えた「プール」を作成した。彼らの「スイマー」は、塩水で覆われた白金原子のサンプル、つまり鉱物結晶の上に座っているため吸着原子で構成されていた。

液体グラフェンに入ると、固体プラチナは素早く動きました。（参考までに、以下のループ動画は実際の速度で表示されています。）研究チームは、グラフェンセルの代わりに真空で同じ反応をテストしました。彼らは、プラチナ原子が従来の設定では自然に反応しないことを確認しました。

研究チームは、液体中でこの動きを7万回以上再現した後、自分たちの手法が成功したと判断した。研究成果は7月27日、ネイチャー誌に発表された。

この研究結果が波紋を呼ぶ理由はいくつかある。第一に、透過型電子顕微鏡が「単一原子の精度で化学反応を研究するために広く利用される道を開く」と科学者らは論文に記している。第二に、「固体のこのような挙動が産業上および科学上広く重要であることを考えると、液体と接触する表面で原子がどう振る舞うかという基礎について、まだ学ぶべきことがたくさんあることは本当に驚くべきことだ」と材料科学者で共著者のサラ・ヘイグ氏はプレスリリースで述べた。

[関連: これらの浮遊ビーズは物理学者に回転する天体について教えることができる]

固体粒子と液体セルの相互作用に依存する技術はますます増えています。2000 年代初頭にマンチェスター大学の研究者によって発見されたグラフェンは、バッテリー電極、コンピューター回路、グリーン水素製造の新技術の主要コンポーネントです。一方、プラチナは LCD 画面、ブラウン管、センサーなどに使用されています。これら 2 つの材料がナノメートル レベルでどのように組み合わさるかを見ると、より精密で効率的、そして独創的な世界が開けます。