moralg
in
otrageniya
Квантовые фокусы графена.
Графен - это двумерный лист атомов углерода толщиной в один атом, в котором атомы углерода соединены в гексагональную (шестиугольную) кристаллическую решетку. Самое большое расстояние в такой решетке - между противоположными углами этого шестиугольника ~ 0,28нм (нанометра), а характерный диаметр атома углерода ~ 0,24 нм. Поэтому протиснуться между атомами углерода в решетке графена никакие атомы не могут. Ибо даже самые маленькие из них (атомы гелия и неона) имеют диаметр не меньше 0,06 нм. Что однозначно подтверждено многочисленными экспериментами - решетка графена не пропускает сквозь себя никакие газы и жидкости.
Однако, в свежих экспериментах было показано, что графен пропускает сквозь себя водород, характерный диаметр атомов которого ~ 0,10 нм. И подтверждено с величайшей точностью, что он же не пропускает сквозь себя атомы всех иных газов и жидкостей.
Каким же способом устраивает графен такой фокус?
Опуская энергетические рассуждения авторов эксперимента опишем лишь предложенную ими схему пропуска атомов водорода сквозь лист графена. Сначала молекула водорода, опускаясь на неизбежные при конечной температуре наноразмерные складки листа графена испытывает распад на атомы водорода. Затем электроны атомов водорода поглощаются зоной проводимости графена. Оставшиеся одиночными протоны спокойно проходят сквозь лист графена и после этого забирают свои электроны из зоны проводимости графена. И, забрав свое, сливаются в молекулу водорода на другой стороне листа графена.
Остется вопрос - почему аналогичный фокус не могут проделывать атомы других элементов? Начнем с гелия. Во-первых, для поглощения зоной проводимости графена первого электрона атома гелия нужна почти вдвое большая энергия, чем для аналогичного действа в отношении единственного электрона атома водорода. На что графен вряд ли захочет расщедриться. Во-вторых, после отбора первого электрона у атома гелия остается еще второй электрон. А с ним сквозь решетку графена не протиснуться. Но чтобы отобрать второй электрон в зону проводимости графена нужна почти вшестеро большая энергия, чем в случае атома водорода. На что графен однозначно не расщедрится.
Аналогичные рассуждения с очевидностью будут справедливыми и для всех остальных элементов таблицы Менделеева.
Однако, в свежих экспериментах было показано, что графен пропускает сквозь себя водород, характерный диаметр атомов которого ~ 0,10 нм. И подтверждено с величайшей точностью, что он же не пропускает сквозь себя атомы всех иных газов и жидкостей.
Каким же способом устраивает графен такой фокус?
Опуская энергетические рассуждения авторов эксперимента опишем лишь предложенную ими схему пропуска атомов водорода сквозь лист графена. Сначала молекула водорода, опускаясь на неизбежные при конечной температуре наноразмерные складки листа графена испытывает распад на атомы водорода. Затем электроны атомов водорода поглощаются зоной проводимости графена. Оставшиеся одиночными протоны спокойно проходят сквозь лист графена и после этого забирают свои электроны из зоны проводимости графена. И, забрав свое, сливаются в молекулу водорода на другой стороне листа графена.
Остется вопрос - почему аналогичный фокус не могут проделывать атомы других элементов? Начнем с гелия. Во-первых, для поглощения зоной проводимости графена первого электрона атома гелия нужна почти вдвое большая энергия, чем для аналогичного действа в отношении единственного электрона атома водорода. На что графен вряд ли захочет расщедриться. Во-вторых, после отбора первого электрона у атома гелия остается еще второй электрон. А с ним сквозь решетку графена не протиснуться. Но чтобы отобрать второй электрон в зону проводимости графена нужна почти вшестеро большая энергия, чем в случае атома водорода. На что графен однозначно не расщедрится.
Аналогичные рассуждения с очевидностью будут справедливыми и для всех остальных элементов таблицы Менделеева.