Klynger af guldatomer danner en ejendommelig pyramideform

Fritstående klynger af 20 guldatomer har form af en pyramide, forskere har opdaget. Dette er i modsætning til de fleste elementer, som organiserer sig ved at danne skaller omkring ét centralt atom. Holdet af forskere ledet af KU Leuven offentliggjorde deres resultater i Videnskabens fremskridt .

Atomklynger sammensat af nogle få atomer har tendens til at være sfæriske. De er normalt organiseret i skaller af atomer omkring et centralt atom. Dette er tilfældet for mange elementer, men ikke for guld, det viser sig. Eksperimenter og avancerede beregninger har vist, at fritstående klynger af 20 guldatomer antager en pyramideformet form. De har et trekantet jordplan bestående af 10 pænt arrangerede atomer, med yderligere trekanter på seks og tre atomer, toppet af et enkelt atom [se figur, hvor en model af tyve appelsiner sammenlignes med den teoretiske og eksperimentelle struktur].

Den bemærkelsesværdige tetraedriske struktur er nu blevet afbildet for første gang med et scanning tunneling mikroskop. Dette højteknologiske mikroskop kan visualisere enkelte atomer. Den fungerer ved ekstremt lave temperaturer (269 grader under nul) og bruger kvantetunnelering af en elektrisk strøm fra en skarp scannende metallisk spids gennem klyngen og ind i støtten. Kvantetunneling er en proces, hvor elektrisk strøm flyder mellem to ledere uden nogen fysisk kontakt mellem dem.

Forskerne brugte intense plasmaer i en kompleks vakuumkammeropsætning til at forstøve guldatomer fra et makroskopisk stykke guld. "En del af de sputterede atomer vokser sammen til små partikler af nogle få op til nogle få tiere atomer, på grund af en proces, der kan sammenlignes med kondensering af vandmolekyler til dråber, " siger Zhe Li, avisens hovedforfatter, i øjeblikket ved Harbin Institute of Technology, Shenzhen. "Vi udvalgte en stråle af klynger bestående af præcis tyve guldatomer. Vi landede disse arter med en af ​​de trekantede facetter på et substrat dækket med et meget tyndt lag køkkensalt (NaCl), præcis tre atomlag tykke."

Undersøgelsen afslørede også den ejendommelige elektroniske struktur af den lille guldpyramide. Svarende til ædelgasatomer eller aromatiske molekyler, klyngen har kun helt fyldte elektronorbitaler, hvilket gør dem meget mindre reaktive end klynger med et eller få atomer mere eller mindre.

Guldklynger, der spænder fra nogle få til flere snesevis af atomer i størrelse, er kendt for at have bemærkelsesværdige egenskaber.

Den nye opdagelse hjælper videnskabsmænd med at evaluere disse klyngers katalytiske og optiske ydeevne, som er relevant for design af klyngebaserede katalysatorer og optiske enheder. Nylige anvendelser af klynger omfatter udnyttelse i brændselsceller og kulstoffangst.