Lågdimensionella material, såsom 1D monoatomiska kedjor, uppvisa exotiska egenskaper som kan hitta intressanta tillämpningar. Dock, enkelatombindningar och deras mekaniska egenskaper är svåra att studera. I en nyligen genomförd studie, forskare från JAIST, Japan, visa upp en ny metod för att samtidigt avbilda monoatomiska platinakedjor med ett transmissionselektronmikroskop samtidigt som man mäter deras bindningsstyrka och konduktans under mekanisk sträckning. Denna teknik kommer att hjälpa till att svara på många frågor inom nanomekanik och ytvetenskap.

I dag, många välstuderade materialområden som elektronik och katalys är nära att nå sina praktiska gränser. För att ytterligare förbättra modern teknik och överträffa toppmoderna enheter, forskare som letar efter nya funktionella material måste tänja på gränserna och utforska mer extrema fall. Ett tydligt exempel på detta är studiet av lågdimensionella material, såsom monoatomiska skikt (2D-material) och monoatomiska kedjor (1D-material).

Det har bevisats gång på gång att lågdimensionella material uppvisar exotiska egenskaper som saknas i deras 3D-bulkmotsvarigheter. Till exempel, monoatomiska kedjor av metaller som guld och platina (Pt) kan uppvisa bidraget från vissa kvantfenomen, såsom magnetisk ordning eller termisk transport, på sätt som kan hitta praktiska tillämpningar. Dock, det är mycket svårt att experimentellt observera vad som händer i monoatomiska kedjor som består av fem eller färre atomer, och de mekaniska egenskaperna hos enkelatombindningar förblir svårfångade.

För att ta itu med denna fråga, en forskargrupp ledd av professor Yoshifumi Oshima från Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), Japan, är banbrytande för en ny och lovande teknik för att mäta styrkan hos individuella atombindningar. Deras senaste studie, som publicerades i Nanobokstäver och visade upp sin strategi, involverade forskare från JAIST (Dr. Zhang, Dr Ishizuka, Prof. Tomitori, Prof. Maezono och Prof. Hongo), samt Prof. Arai från Kanazawa University och Prof. Tosatti från International School for Advanced Studies (SISSA) och The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP).

Denna nya teknik, som Oshima kallade den "mikroskopiska nanomekaniska mätmetoden, " kombinerar transmissionselektronmikroskopi (TEM) med en kvartslängdförlängningsresonator (LER). TEM är en allmänt använd avbildningsteknik med otroligt hög rumslig upplösning - tillräckligt för att urskilja enskilda atomer - medan LER är en enhet som kan oscillera med otroligt små amplituder på några tio biljondelar av en meter och fungerar som en kraftsensor.

Forskarna utarbetade en experimentell uppställning där en liten Pt-övergång sträcktes till sin absoluta bristningsgräns, det är, när de två delarna av Pt var sammanlänkade av en monoatomisk kedja av två till fem atomer. Genom att noggrant rikta in bitarna i TEM, de observerade bildandet och brytningen av de monoatomiska Pt-kedjorna i realtid. Dessutom, använder kvarts LER, de mätte konduktansen över kedjan och dess styvhet, från vilken styrkan hos individuella Pt-bindningar beräknades med framgång. "Vi fann att bindningsstyrkan på 25 N/m i de monoatomära Pt-kedjorna var anmärkningsvärt hög, speciellt jämfört med de 20 N/m som normalt finns i bulk-Pt-kristaller, " kommenterar Zhang. "Dessutom, dessa enatomsbindningar kan sträckas cirka 24 % av deras vanliga avstånd, i skarp kontrast till de 5 % som bindningar mellan Pt-atomer i bulk kan sträckas ut, " han lägger till.

Resultaten av studien visar potentialen hos denna nya teknik för att undersöka monoatomiska kedjebindningar, vilket skulle kunna leda till en bättre förståelse av gränssnitten eller ytorna hos lågdimensionella material. "Vår metod kan i hög grad bidra till designen av avancerade material och katalysatorer samt belysa fenomen i nanoskala när det gäller yt- eller gränssnittsnanomekanik, " framhäver Oshima. I sin tur, mer sofistikerade material och en bättre förståelse för deras ytegenskaper kommer utan tvekan att främja elektronikområdet, kemi, och nanoteknik, banar väg för innovativ och förhoppningsvis hållbar design.

Det är mycket troligt att uttrycket "hängande i en tråd" snart kommer att få en mer positiv innebörd inom nanomaterialvetenskap.