Физики из университета Вашингтона провели наиболее точные контролируемые измерения взаимодействий между атомами и молекулами. Они включают воздух и тип углеродной поверхности, используемой в электродах батарей и воздушных фильтрах. Так была получена ключевая информация, необходимая для улучшения технологий. Результаты опубликованы в издании Nature Physics.

Группа во главе с профессором физики Дэвидом Кобденом использовала углеродную нанотрубку — бесшовную полую графеновую структуру в миллион раз тоньше питьевой соломинки, которая действует как транзистор, чтобы изучить, что происходит, когда атомы газа вступают в контакт с поверхностью нанотрубки.

Кобден сообщил, что ему с соавторами удалось выяснить: когда атом или молекула касаются поверхности нанотрубки, малая доля заряда одного электроны передается этой поверхности, что приводит к измеримому изменению электрического сопротивления.

«Этот аспект взаимодействия атомов с поверхностью ранее никогда не был установлен однозначно», сказал Кобден. „Когда к трубке прикрепляется одновременно много атомов, измерение показывает их коллективные пляски, включая значительные колебания, которые происходят при нагревании, аналогично кипению воды“.

В литиевых батареях атомы лития прикрепляются к углеродным электродам и отдают им часть заряда, а в фильтрах с активированным углем молекулы прикрепляются к поверхности углерода, чтобы затем их удалить, пояснил Кобден.

«Различные формы углерода, включая нанотрубки, рассматриваются для использования в хранении водорода или другого топлива, и все потому, что они обладают большой площадью поверхности, доступной для прикрепления молекул топлива. Однако эти технологические ситуации чрезвычайно сложны, и их трудно выполнить с высокой точностью», отметил ученый.

Данная работа привела к наиболее точным управляемым измерениям указанных взаимодействий, и она позволит ученым узнать новые вещи о взаимодействии атомов и молекул с углеродной поверхностью, что важно для совершенствования многих технологий, включая батареи, электроды и воздушные фильтры.