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Dynamics, Excitations and Phase transitions of Two-Dimensional encapsulated noble-gas clusters

Descrizione del progetto

Tecniche migliorate per studiare la dinamica di cluster di gas nobili in 2D

Lo studio del comportamento degli atomi nei sistemi 2D è stato per decenni uno degli obiettivi principali della fisica. I gas nobili, con le loro semplici interazioni atomiche, sono ideali per esplorare questi fenomeni. Sebbene i primi esperimenti a temperature criogeniche abbiano gettato le basi per tali studi, i recenti progressi nella tecnologia del grafene hanno permesso ai ricercatori di intrappolare i gas nobili tra due strati di grafene a temperature elevate, realizzando una scoperta che permette di osservarne la disposizione atomica e la dinamica e rivela comportamenti inaspettati: modelli di diffusione insoliti, fluidità sorprendente in grandi cluster e piccoli cluster che si discostano dalla tipica disposizione atomica. Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto DEPT2D utilizzerà la microscopia e la spettroscopia d’avanguardia al fine di studiare come questi cluster 2D si evolvono in condizioni diverse, offrendo nuove conoscenze sulla fisica 2D e sui materiali confinati.

Obiettivo

Noble gases are governed by the weak and well-understood van der Waals interaction which makes them an excellent model system for different physical phenomena. Condensed noble gases on surfaces at cryogenic temperatures were the first experimental examples of 2D systems back in the 1960s. By encapsulating them between graphene and a substrate in the 2010s, these structures could also be studied at elevated temperatures via STM. However, here the encapsulation layer often obscures the arrangement of trapped atoms. I recently showed that by trapping noble gases between two graphene layers, the atoms can be observed directly via transmission electron microscopy (Längle et al. 2024, Nature Materials). This provides direct insight into the atomic arrangement and dynamics of this system with surprising properties:

* Anomalous diffusion governed by defects in the encapsulating membrane was observed, mimicking diffusion through a 2D glass.
* Clusters become more fluid when they grow, contrary to what is expected in nanomaterials.
* For small clusters, the atomic arrangement deviates from the close-packed hexagonal structure indicating deviations from the assumed isotropic van der Waals interaction.

In this project, I will track the structure of 2D noble gas clusters in time and space using a laser pump-probe setup in a scanning transmission electron microscope, which provides atomic-scale imaging with nanosecond temporal resolution. With this, I will study the diffusion, atomic arrangement, orientational order, symmetry breaking, and phase transitions of 2D clusters as a function of size, temperature, and pressure. Additionally, the bonding, electronic structure and band gap of these clusters under the same conditions will be probed by monochromated electron energy loss spectroscopy.

This will contribute to the fundamental understanding of 2D physics with exciting possibilities for basic condensed-matter research opening avenues toward other 2D confined systems.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinatore

CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE CNRS
Contributo netto dell'UE
€ 242 260,56
Indirizzo
RUE MICHEL ANGE 3
75794 Paris
Francia
Regione
Ile-de-France Ile-de-France Paris
Tipo di attività
Research Organisations
Collegamenti
Costo totale
Nessun dato