Peeling graphite layer by layer reveals the charge exchange dynamics of ions inside a solid
Creators
- 1. TU Wien
- 2. Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
- 3. Universidade Federal do Rio Grande do Sul
- 4. LIP - Laboratory of Instrumentation and Experimental Particle Physics
- 5. University of Lisbon
- 6. University of Glasgow
Description
Abstract Over seventy years ago, Niels Bohr described how the charge state of an atomic ion moving through a solid changes dynamically as a result of electron capture and loss processes, eventually resulting in an equilibrium charge state. Although obvious, this process has so far eluded direct experimental observation. By peeling a solid, such as graphite, layer by layer, and studying the transmission of highly charged ions through single-, bi- and trilayer graphene, we can now observe dynamical changes in ion charge states with monolayer precision. In addition we present a first-principles approach based on the virtual photon model for interparticle energy transfer to corroborate our findings. Our model that uses a Gaussian shaped dynamic polarisability rather than a spatial delta function is a major step in providing a self-consistent description for interparticle de-excitation processes at the limit of small separations.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
منذ أكثر من سبعين عامًا، وصف نيلز بور كيف تتغير حالة شحنة أيون ذري يتحرك عبر مادة صلبة ديناميكيًا نتيجة لعمليات التقاط وفقدان الإلكترون، مما يؤدي في النهاية إلى حالة شحنة توازن. على الرغم من وضوحها، إلا أن هذه العملية استعصت حتى الآن على الملاحظة التجريبية المباشرة. من خلال تقشير مادة صلبة، مثل الجرافيت، طبقة تلو الأخرى، ودراسة انتقال الأيونات عالية الشحنة من خلال الجرافين أحادي وثنائي وثلاثي الطبقات، يمكننا الآن ملاحظة التغيرات الديناميكية في حالات الشحنة الأيونية بدقة أحادية الطبقة. بالإضافة إلى ذلك، نقدم نهج المبادئ الأولى بناءً على نموذج الفوتون الافتراضي لنقل الطاقة بين الجسيمات لتأكيد النتائج التي توصلنا إليها. يعد نموذجنا الذي يستخدم استقطابًا ديناميكيًا على شكل غاوسي بدلاً من دالة دلتا مكانية خطوة رئيسية في توفير وصف متسق ذاتيًا لعمليات إزالة الاستثارة بين الجسيمات عند حد الانفصال الصغير.Translated Description (French)
Résumé Il y a plus de soixante-dix ans, Niels Bohr a décrit comment l'état de charge d'un ion atomique se déplaçant à travers un solide change dynamiquement à la suite des processus de capture et de perte d'électrons, aboutissant finalement à un état de charge d'équilibre. Bien qu'évident, ce processus a jusqu'à présent échappé à l'observation expérimentale directe. En pelant un solide, tel que le graphite, couche par couche, et en étudiant la transmission d'ions hautement chargés à travers le graphène monocouche, bicouche et tricouche, nous pouvons maintenant observer des changements dynamiques dans les états de charge ionique avec une précision monocouche. En outre, nous présentons une approche des premiers principes basée sur le modèle de photons virtuels pour le transfert d'énergie interparticulaire afin de corroborer nos résultats. Notre modèle qui utilise une polarisabilité dynamique de forme gaussienne plutôt qu'une fonction delta spatiale est une étape majeure pour fournir une description auto-cohérente des processus de désexcitation interparticulaire à la limite des petites séparations.Translated Description (Spanish)
Resumen Hace más de setenta años, Niels Bohr describió cómo el estado de carga de un ion atómico que se mueve a través de un sólido cambia dinámicamente como resultado de los procesos de captura y pérdida de electrones, lo que finalmente resulta en un estado de carga de equilibrio. Aunque es obvio, este proceso hasta ahora ha eludido la observación experimental directa. Al pelar un sólido, como el grafito, capa por capa, y estudiar la transmisión de iones altamente cargados a través de grafeno monocapa, bicapa y tricapa, ahora podemos observar cambios dinámicos en los estados de carga iónica con precisión monocapa. Además, presentamos un enfoque de primeros principios basado en el modelo de fotones virtuales para la transferencia de energía entre partículas para corroborar nuestros hallazgos. Nuestro modelo que utiliza una polarización dinámica de forma gaussiana en lugar de una función delta espacial es un paso importante para proporcionar una descripción autoconsistente de los procesos de desexcitación entre partículas en el límite de pequeñas separaciones.Files
s42005-021-00686-1.pdf.pdf
Files
(5.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:3bba01deafd1c9ff07c37d41dec57283
|
5.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يكشف تقشير طبقة الجرافيت بطبقة عن ديناميكيات تبادل الشحنات للأيونات داخل المادة الصلبة
- Translated title (French)
- L'écaillage du graphite couche par couche révèle la dynamique d'échange de charge des ions à l'intérieur d'un solide
- Translated title (Spanish)
- Pelar grafito capa por capa revela la dinámica de intercambio de carga de los iones dentro de un sólido
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3191119745
- DOI
- 10.1038/s42005-021-00686-1
References
- https://openalex.org/W1574798849
- https://openalex.org/W1650699668
- https://openalex.org/W1967266144
- https://openalex.org/W1970201110
- https://openalex.org/W1972711206
- https://openalex.org/W1972882493
- https://openalex.org/W1973496189
- https://openalex.org/W1978530026
- https://openalex.org/W1983898671
- https://openalex.org/W1984649919
- https://openalex.org/W1984748483
- https://openalex.org/W1989607411
- https://openalex.org/W1991573919
- https://openalex.org/W1991719800
- https://openalex.org/W1998995741
- https://openalex.org/W1999007715
- https://openalex.org/W2007016133
- https://openalex.org/W2012465292
- https://openalex.org/W2012659048
- https://openalex.org/W2016679406
- https://openalex.org/W2016927700
- https://openalex.org/W2023558368
- https://openalex.org/W2025056764
- https://openalex.org/W2025646111
- https://openalex.org/W2028056984
- https://openalex.org/W2028227240
- https://openalex.org/W2028415063
- https://openalex.org/W2029799664
- https://openalex.org/W2029912647
- https://openalex.org/W2034492611
- https://openalex.org/W2035123380
- https://openalex.org/W2041484086
- https://openalex.org/W2050520441
- https://openalex.org/W2050989156
- https://openalex.org/W2051625860
- https://openalex.org/W2053106274
- https://openalex.org/W2054109912
- https://openalex.org/W2055481010
- https://openalex.org/W2058122340
- https://openalex.org/W2059414775
- https://openalex.org/W2062607563
- https://openalex.org/W2064184117
- https://openalex.org/W2071199334
- https://openalex.org/W2079651006
- https://openalex.org/W2080668629
- https://openalex.org/W2084407530
- https://openalex.org/W2086278612
- https://openalex.org/W2089382476
- https://openalex.org/W2091317106
- https://openalex.org/W2093462281
- https://openalex.org/W2098443648
- https://openalex.org/W2130732931
- https://openalex.org/W2236158782
- https://openalex.org/W2293878245
- https://openalex.org/W2561875332
- https://openalex.org/W2753893787
- https://openalex.org/W2793961874
- https://openalex.org/W2806796001
- https://openalex.org/W2884523829
- https://openalex.org/W2885044684
- https://openalex.org/W2946908296
- https://openalex.org/W2964975726
- https://openalex.org/W2965820138
- https://openalex.org/W2973046581
- https://openalex.org/W2994743131
- https://openalex.org/W3010232070
- https://openalex.org/W3034572433
- https://openalex.org/W3038769002
- https://openalex.org/W3041302243
- https://openalex.org/W3041976654
- https://openalex.org/W3083117185
- https://openalex.org/W3122940626
- https://openalex.org/W3143303378
- https://openalex.org/W3186437927
- https://openalex.org/W4234068526
- https://openalex.org/W4237358518
- https://openalex.org/W4249363691