低温下金属上惰性气体的范德华原子固体是二维系统的第一个实验例子。最近，这种结构也在石墨烯封装的表面上创建，允许通过扫描隧道显微镜在高温下进行研究。然而，对于这种技术，封装层通常会掩盖惰性气体原子的排列。

维也纳大学的研究人员在两个悬浮石墨烯层之间创建了Kr和Xe簇，并通过透射电子显微镜揭示了它们的原子结构，证明小晶体（N<9）是根据简单的非方向范德华相互作用排列的。较大的晶体可能是由于封装石墨烯晶格的变形表现出一些偏差。研究人员进一步讨论了石墨烯夹层内团簇的动力学，并表明尽管所有N≈100以内的Xe团簇仍保持固态，但在实验条件下（约0.3 GPa的压力下）， N≈16的Kr团簇偶尔会变成流体。这项研究为迄今为止尚未探索的封装二维范德华固体前沿开辟了一条道路，为基础凝聚态物理研究和量子信息技术中的可能应用提供了令人兴奋的可能性。

相关研究成果以“Two-dimensional few-atom noble gas clusters in a graphene sandwich”为题，1月11日发表于《Nature Materials》。

图文导读

图1. 小团簇结构

图2. 原子间距离和3d - 2d转换

图3. 团簇迁移

图4. 大团簇的结构

结论

该研究展示的在石墨烯夹层中创建小固态惰性气体团簇的过程，打开了迄今为止未被开发的封装的二维范德瓦尔斯原子固体的新领域。模拟显示，即使在零温下，小团簇也会在没有石墨烯封装的情况下呈现三维形状，并且惰性气体团簇在石墨烯夹层中非常活跃，除非由于至少一个封装石墨烯层的变形而被固定在一个位置。尽管对于氪和氙，小团簇仍保持固态，但较大的氪团簇（N > 16）开始失去其固态结构，而氙团簇一直保持固态直到N ≈ 100。通过提供更多的结构刚性，例如通过增加封装层的数量，可以实现更大的固态结构，这可能会增加压力。结合原位技术，例如允许从低温到高温进行实验，封装的二维惰性气体结构为研究基础凝聚态物理提供了令人兴奋的可能性，涵盖从固态到相变和拓扑缺陷的原子尺度动力学的研究。它们还可能导致定义明确的系统，例如用于量子信息研究。
原文：https://doi.org/10.1038/s41563-023-01780-1

信息来源：Carbontech

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。