Un étrange gaz unidimensionnel créé en piégeant des atomes dans un minuscule tube

En confinant des atomes de krypton dans un minuscule tube, des chercheurs sont parvenus à créer une étrange forme unidimensionnelle de gaz, facilitant largement l’observation de leurs interactions.

Embouteillage d’atomes

Après des années passées à étudier des réactions chimiques à l’intérieur de nanotubes de carbone d’à peine 1,5 nanomètre d’épaisseur (un demi-million de fois inférieure à celle d’un cheveu humain), Andrei Khlobystov, de l’université de Nottingham, et ses collègues ont étendu leur approche à des atomes de krypton afin d’obtenir une forme unidimensionnelle de ce gaz noble.

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Des molécules de buckminsterfullerène (cages sphériques formées de 60 atomes de carbone), à l’intérieur desquelles un seul atome de krypton était piégé, ont été aspirées dans un nanotube de carbone grâce à la force de Van der Waals (faible attraction causée par les fluctuations des nuages d’électrons entourant le noyau atomique). Une fois rempli, le récipient a été chauffé à 1 200 °C, entraînant la rupture des cages, l’absorption des atomes de carbone par le nanotube, et la formation d’une ligne de leurs homologues de krypton.

Comparée à un « embouteillage », cette configuration a offert aux chercheurs une opportunité rare d’observer les atomes, se déplaçant normalement à une vitesse de 400 mètres par seconde dans un gaz tridimensionnel. Grâce à la microscopie électronique à transmission, les chercheurs ont notamment pu étudier leur comportement et mesurer avec précision les distances les séparant.

« Nous avons pu suivre leurs trajectoires, comment ils se déplacent et interagissent », détaillent les auteurs de la nouvelle étude, publiée dans la revue ACS Nano. « Il s’agit d’un outil précieux pour les gaz rares, qui va nous permettre d’acquérir une compréhension fondamentale du comportement de leurs atomes dans des conditions de confinement extrêmes. »

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Étudier l’influence de la température sur les gaz unidimensionnels

Pour l’équipe, la prochaine étape consistera à explorer l’influence de la température sur un gaz unidimensionnel. Si, dans le cas d’une forme tridimensionnelle, son abaissement entraine la condensation du gaz en liquide, puis sa solidification, il n’est pas certain que les mêmes règles s’appliquent ici.

« Peut-être que le liquide 1D n’existe pas et qu’il se transformera directement en solide 1D », s’interroge Khlobystov. « Ce que nous comptons bien découvrir. »