वैज्ञानिकों ने एक आयामी गैस बनाने के लिए क्रिप्टन परमाणुओं को फंसाया

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वैज्ञानिक एक आयामी गैस बनाने के लिए क्रिप्टन परमाणुओं को फँसाते हैं

नॉटिंघम न्यूज़ के लिए स्टाफ राइटर्स द्वारा

नॉटिंघम यूके (एसपीएक्स) 24 जनवरी 2024

पहली बार, वैज्ञानिकों ने एक आयामी गैस बनाने के लिए कार्बन नैनोट्यूब के अंदर क्रिप्टन (Kr), एक उत्कृष्ट गैस, के परमाणुओं को सफलतापूर्वक फँसा लिया है।

नॉटिंघम विश्वविद्यालय के स्कूल ऑफ केमिस्ट्री के वैज्ञानिकों ने उस क्षण को कैद करने के लिए उन्नत ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) तरीकों का इस्तेमाल किया, जब क्र परमाणु एक-एक करके एक "नैनो टेस्ट ट्यूब" कंटेनर के अंदर जुड़ते थे, जिसका व्यास चौड़ाई से आधा मिलियन गुना छोटा था। एक मानव बाल का. यह शोध अमेरिकन केमिकल सोसायटी के जर्नल में प्रकाशित हुआ है।

वैज्ञानिकों द्वारा परमाणुओं के व्यवहार का अध्ययन तब से किया जा रहा है जब से यह परिकल्पना की गई कि वे ब्रह्मांड की मूल इकाइयाँ हैं। परमाणुओं की गति का तापमान, दबाव, द्रव प्रवाह और रासायनिक प्रतिक्रियाओं जैसी मूलभूत घटनाओं पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। पारंपरिक स्पेक्ट्रोस्कोपी विधियां परमाणुओं के बड़े समूहों की गति का विश्लेषण कर सकती हैं और फिर परमाणु पैमाने पर घटनाओं को समझाने के लिए औसत डेटा का उपयोग कर सकती हैं। हालाँकि, ये विधियाँ यह नहीं दिखाती हैं कि किसी विशिष्ट समय पर व्यक्तिगत परमाणु क्या कर रहे हैं।

परमाणुओं की इमेजिंग करते समय शोधकर्ताओं के सामने चुनौती यह है कि वे बहुत छोटे हैं, 0.1 - 0.4 नैनोमीटर तक, और वे ध्वनि की गति के पैमाने पर, गैस चरण में लगभग 400 मीटर/सेकेंड की बहुत तेज़ गति से आगे बढ़ सकते हैं। इससे क्रियाशील परमाणुओं की प्रत्यक्ष इमेजिंग बहुत कठिन हो जाती है, और वास्तविक समय में परमाणुओं के निरंतर दृश्य प्रतिनिधित्व का निर्माण सबसे महत्वपूर्ण वैज्ञानिक चुनौतियों में से एक बना हुआ है।

नॉटिंघम विश्वविद्यालय के रसायन विज्ञान स्कूल के प्रोफेसर आंद्रेई ख्लोबिस्टोव ने कहा: "कार्बन नैनोट्यूब हमें परमाणुओं को फंसाने और वास्तविक समय में एकल-परमाणु स्तर पर सटीक स्थिति और अध्ययन करने में सक्षम बनाते हैं। उदाहरण के लिए, हमने इस अध्ययन में उत्कृष्ट गैस क्रिप्टन (Kr) परमाणुओं को सफलतापूर्वक फंसाया। चूँकि Kr की परमाणु संख्या उच्च है, इसलिए हल्के तत्वों की तुलना में TEM में इसका निरीक्षण करना आसान है। इससे हमें गतिमान बिंदुओं के रूप में Kr परमाणुओं की स्थिति को ट्रैक करने की अनुमति मिली।

सामग्री विज्ञान समूह के इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के पूर्व प्रमुख और उल्म विश्वविद्यालय के वरिष्ठ प्रोफेसर प्रोफेसर उटे कैसर ने कहा: "हमने प्रक्रिया का निरीक्षण करने के लिए अपने अत्याधुनिक साल्व टीईएम का उपयोग किया, जो रंगीन और गोलाकार विपथन को ठीक करता है। क्रिप्टन परमाणु आपस में जुड़कर Kr2 जोड़े बनाते हैं। ये जोड़े वैन डेर वाल्स इंटरेक्शन द्वारा एक साथ बंधे हुए हैं, जो अणुओं और परमाणुओं की दुनिया को नियंत्रित करने वाली एक रहस्यमय शक्ति है। यह एक रोमांचक नवाचार है, क्योंकि यह हमें वास्तविक अंतरिक्ष में दो परमाणुओं के बीच वैन डेर वाल्स की दूरी देखने की अनुमति देता है। यह रसायन विज्ञान और भौतिकी के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण विकास है जो हमें परमाणुओं और अणुओं की कार्यप्रणाली को बेहतर ढंग से समझने में मदद कर सकता है।

शोधकर्ताओं ने अलग-अलग Kr परमाणुओं को नैनो टेस्ट ट्यूब में ले जाने के लिए बकमिन्स्टर फुलरीन का उपयोग किया, जो फुटबॉल के आकार के अणु होते हैं जिनमें 60 कार्बन परमाणु होते हैं। नेस्टेड कार्बन नैनोट्यूब बनाने के लिए बकमिनस्टरफुलरीन अणुओं के सहसंयोजन ने प्रयोगों की सटीकता में सुधार करने में मदद की। नॉटिंघम विश्वविद्यालय के पीएचडी छात्र इयान कार्डिलो-ज़ालो, जो इन सामग्रियों की तैयारी और विश्लेषण के लिए जिम्मेदार थे, कहते हैं: “क्रिप्टन परमाणुओं को कार्बन पिंजरों को फ्यूज करके फुलरीन गुहाओं से मुक्त किया जा सकता है। इसे 1200oC पर गर्म करके या इलेक्ट्रॉन किरण से विकिरणित करके प्राप्त किया जा सकता है। Kr परमाणुओं के बीच अंतर-परमाणु संबंध और उनके गतिशील गैस जैसे व्यवहार दोनों का अध्ययन एक ही TEM प्रयोग में किया जा सकता है।

समूह एक आयामी गैस बनाने के लिए फुलरीन पिंजरों से बाहर निकलने वाले Kr परमाणुओं का सीधे निरीक्षण करने में सक्षम है। एक बार अपने वाहक अणुओं से मुक्त होने के बाद, अत्यंत संकीर्ण स्थान के कारण Kr परमाणु नैनोट्यूब चैनल के साथ केवल एक आयाम में ही चल सकते हैं। बाधित Kr परमाणुओं की पंक्ति में परमाणु एक-दूसरे को पार नहीं कर सकते हैं और यातायात की भीड़ में वाहनों की तरह धीमा होने के लिए मजबूर होते हैं। टीम ने उस महत्वपूर्ण चरण पर कब्जा कर लिया जब पृथक Kr परमाणु 1D गैस में परिवर्तित हो गए, जिससे TEM में एकल-परमाणु कंट्रास्ट गायब हो गया। बहरहाल, स्कैनिंग टीईएम (एसटीईएम) इमेजिंग और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा हानि स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईईएलएस) की पूरक तकनीकें उनके रासायनिक हस्ताक्षरों की मैपिंग के माध्यम से प्रत्येक नैनोट्यूब के भीतर परमाणुओं की गति का पता लगाने में सक्षम थीं।

ईपीएसआरसी नेशनल रिसर्च फैसिलिटी, सुपरएसटीईएम के निदेशक, प्रोफेसर क्वेंटिन रामासे ने कहा: 'इलेक्ट्रॉन बीम को परमाणु आकार से बहुत छोटे व्यास पर केंद्रित करके, हम नैनो टेस्ट ट्यूब में स्कैन करने और भीतर सीमित व्यक्तिगत परमाणुओं के स्पेक्ट्रा को रिकॉर्ड करने में सक्षम हैं। , भले ही ये परमाणु गतिमान हों। यह हमें एक-आयामी गैस का एक वर्णक्रमीय मानचित्र देता है, जो पुष्टि करता है कि परमाणु स्थानीयकृत हैं और सभी उपलब्ध स्थान को भरते हैं, जैसा कि एक सामान्य गैस करती है।'

नॉटिंघम विश्वविद्यालय के नैनोस्केल और माइक्रोस्केल रिसर्च सेंटर (एनएमआरसी) के निदेशक प्रोफेसर पॉल ब्राउन ने कहा: 'जहां तक हम जानते हैं, यह पहली बार है कि उत्कृष्ट गैस परमाणुओं की श्रृंखलाओं को सीधे चित्रित किया गया है, जिससे निर्माण हुआ है। ठोस पदार्थ में एक आयामी गैस। ऐसी दृढ़ता से सहसंबद्ध परमाणु प्रणालियाँ अत्यधिक असामान्य ताप संचालन और प्रसार गुण प्रदर्शित कर सकती हैं। ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी ने वास्तविक समय और प्रत्यक्ष अंतरिक्ष में परमाणुओं की गतिशीलता को समझने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है।'

टीम ने पदार्थ की ऐसी असामान्य अवस्थाओं के रहस्यों को उजागर करने के लिए, एक-आयामी प्रणालियों में तापमान-नियंत्रित चरण संक्रमणों और रासायनिक प्रतिक्रियाओं की छवि के लिए इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करने की योजना बनाई है।

अनुसंधान रिपोर्ट:क्रिप्टन डिमर्स और चेन की परमाणु-स्केल समय-समाधान इमेजिंग और एक-आयामी गैस में संक्रमण

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