Ultra-Hızlı Gaz, 2-D Zarlardaki En Küçük Deliklerden Geçiyor
Fotoğraf : Araştırmacılar, 2 boyutlu zarlardaki atomik ölçekli açıklıklardan ultra-hızlı gaz akışlarını tespit ediyor ve bir asırlık akışkan dinamiği denklemini doğruluyorlar. Katkı sağlayanlar: N Hassani & M N-Amal, Shahid Rajee Üniversitesi
Manchester ve Pensilvanya Üniversitelerindeki Ulusal Grafen Enstitüsünden araştırmacılar, Science Advances’da yayınlanan bir çalışmada ultra-hızlı gazların tek atomlu ince zarlardaki en küçük deliklerden geçtiğini belirlediler.
Bu tür nano gözenekli zarlarının oluşturulması üzerine Penn’in yanı sıra başka bir çalışma olan bu çalışma, enerji toplamı ve hava kalitesinin görüntülenmesi için su ve gaz arıtımından çok sayıda uygulama alanı vadediyor.
20.yüzyılın başlarında, ünlü Danimarkalı fizikçi Martin Knudsen gaz akışlarını tanımlamak için teoriler formüle etti. Ortaya çıkan daha dar gözenekli sistemler Knudsen’in gaz akışları tanımınlarını zorladı fakat bu tanımlar geçerli kaldı ve azalan ölçeğin hangi noktasında başarısız olabilecekleri blinmiyordu.
Profesör Marjia Drndic liderliğindeki Pensilvanya Üniversitesi takımı ile iş birliği içerisinde olan ve Profesör Radha Boya tarafından yönetilen Manchester takımı, atomik limitin neticesinde Knudsen’in tanımının doğru göründüğünü ilk olarak gösterdi.
2 boyutlu materyallerin bilimi hızla ilerliyor ve tek atomlu ince zarları yapmak araştırmacılar için artık rutin olmuş durumda. Pensilvanyadaki Profesör Drndic’in grubu, delikleri bir atom genişliğinde ve bir tungsten disülfür tabakası üzerinde delmek için bir metot geliştirdi. Fakat önemli bir sorun kaldı: Atomik ölçekli deliklerin, fiilen onları tek tek, elle görmeden geçip geçmediklerini ve iletip iletilmediklerini kontrol etmek. Deliklerin mevcut ve istenilen boyutta olup olmadığını önceden doğrulamanın tek yolu delikleri yüksek çözünürlüklü bir elektron mikroskobunda incelemekti.
Profesör Boya’nın ekibi atomik deliklerdeki gaz akışlarını ölçmek ve ardından akışı deliklerin yoğunluğunu ölçmek için bir araç gibi kullanmak amacıyla bir teknik geliştirdi. Profesör Boya: “Şüphesiz ki görmek inanmaktır, üstün kaliteli bir mikroskopta sadece atomik gözenekleri görerek bilim oldukça sınırlı kaldı. Sadece gaz akışlarını ölçmekle kalmayıp aynı zamanda başlangıç olarak zarda kaç tane delik olduğunu hesaplamak amacıyla burada akışkanları bir kılavuz olarak kullanabileceğimiz cihazlarımız var.
Çalışmanın ilk ortak yazarı olan J Thiruraman:” Deneysel olarak atom ölçeğine ulaşabilmek ve hassasiyetle bu yapının, bu şekilde ve boyutta bir gözenek olduğundan daha emin olabileceğimiz görüntüsünü elde etmek zorlu bir işti.”
Profesör Drndic ekledi:” Laboratuvarda bir şey bulmak ve kullanılabilir zar oluşturmak arasında birçok cihaz fiziği var. Bu kendi metodolojimizin yanı sıra teknolojinin gelişimiyle ortaya çıktı ve burada yeni geliştirilmiş olan şey bunu dilerseniz çıkarabildiğiniz, kıtalararası taşıyabildiğiniz ve ölçebildiğiniz bir alete entegre edilmiş olmasıdır.
Manchester ekibinden başka bir yaratıcı olan Dr. Ashok:” Zardaki geniş alanlar üzerindeki atomik deliklerin oluşumunun elle incelenmesi zahmetli ve muhtemelen kullanışsız. Burada basit bir ilke kullanıyoruz: Zarın geçirdiği gaz miktarı, zarın ne kadar delikli olduğunun ölçüsüdür.”
Elde edilen gaz akışları, literatürde angstom ölçekli gözeneklerde daha önce gözlemlenen akışlardan daha geniş boyutlu birkaç direktifidir. Atomik açıklık yoğunluklarının birebir ilişkisi, elektron iletim mikroskobu (TEM) ve gaz akışlarından görüntülenmesi bu çalışma ile birleştirildi ve ekip tarafından yayınlandı. Manchester’dan ortak yazar olan S Dar: “Şaşırtıcı bir şekilde, bu kadar küçük deliklerde akışın önünde hiç/minimum enerji engeli yok.”
Profesör Boya ekledi: “Artık gaz akışlarını kullanarak geniş alanlar üzerinde atomik açıklıkların oluşumunu doğrulayan, olası uygulamalarının takibi için temel bir adım olan moleküler ayrışma içeren çeşitli nüfuz alanlarında, ultra düşük konsantrasyonlarda gazların görüntülenmesi ve algılanması için güçlü bir metodumuz var.”
Kaynak : phys.org
