Syntetisering af et superatom:Åbning af døre til deres anvendelse som erstatning for elementære atomer

'Superatom' er et navn givet til en klynge af atomer, der ser ud til at udvise egenskaber, der ligner elementære atomer. Forskere har vist særlig interesse for superatomare strukturer, da de kan forbindes med atomer for at producere molekyler, og potentielt bruges til at erstatte visse elementer i mange applikationer.

Men for at superatomer kan udnyttes effektivt, de skal være specielt skræddersyet til at ligne de tilsvarende elementers egenskaber. Denne transformation afhænger af den specifikke kombination af elektroner, der anvendes. For eksempel, når et aluminiumsatom med 3 valenselektroner (ydre skalelektroner, der kan bidrage til dannelsen af ​​kemiske bindinger) føjes til superatomet af aluminium-13, egenskaberne ændres til dem for et superatom af aluminium-14. På grund af denne modificerbarhed af superatomer, Det er vigtigt at undersøge dem og forstå dem yderligere. Men tidligere forskning har primært været teoretisk, og i høj grad fokuseret på enkelte klynger. Forskning har heller ikke været i stand til at syntetisere superatomare klynger med tilstrækkelig volumen og stabilitet til praktisk anvendelse.

I en nylig undersøgelse, videnskabsmænd fra Tokyo Tech og ERATO Japan Science and Technology, ledet af Dr. Tetsuya Kambe og Prof Kimihisa Yamamoto, fremstillede klynger af grundstoffet gallium (Ga) i opløsning for at demonstrere virkningerne af at ændre antallet af atomer i en klynge på klyngens egenskaber. Holdet syntetiserede Ga-klynger af 3, 12, 13 og andre antal atomer ved hjælp af en specialiseret superatomsynthesizer. At karakterisere og analysere de strukturelle forskelle mellem de syntetiserede klynger, transmissionselektronmikroskopiske billeder blev fanget, og beregninger blev udført ved hjælp af beregningsværktøjer.

Massespektrometrien afslørede, at 13- og 3-atomklyngerne havde superatomisk periodicitet. 13-atom-klyngen adskilte sig fra de andre klynger strukturelt og elektrokemisk. Men 3-atomklyngen med brint (Ga ₃ H ₂ ) blev reduceret til Ga ₃ H ₂ - og blev ikke opdaget, hvilket tyder på en lav stabilitet af denne klynge, når den syntetiseres i opløsningsmediet.

Evnen til at ændre klyngerne forstærker konceptet om, at strukturelle ændringer kan induceres i superatomer. Beskriv implikationerne af deres resultater, forskerne forklarer:"Disse serier af resultater viser, at det er muligt at ændre valenselektronerne i superatomare klynger i opløsning ved at kontrollere antallet af konstituerende atomer. Dette muliggør igen design og fremstilling af superatomer."

Denne undersøgelse baner vejen for fremtidig forskning for at undersøge brugen af ​​superatomer som erstatning for grundstoffer. Som Dr. Kambe, Prof Yamamoto og team gentager, "superatomet afslører en attraktiv strategi for at skabe nye byggeklodser gennem brug af klyngestrukturer."