Hvordan manipulation af ligandinteraktioner i metalklynger kan anspore til fremskridt inden for nanoteknologi

Når metalatomer danner små klynger af en bestemt størrelse, de viser interessante og potentielt nyttige elektromagnetiske egenskaber, som er forskellige fra de faktiske bulk metal. For fuldt ud at udforske potentialet i disse egenskaber, det er nødvendigt at finde måder at samle præcise makroskopiske strukturer ud af disse klynger. Men, hvordan bindes disse klynger sammen, og hvad præcist dikterer deres egenskaber? Disse spørgsmål er forblevet ubesvarede, indtil nu.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Materialer Horisonter , forskere fra Tokyo University of Science, ledet af prof Yuichi Negishi, gå i gang med at finde disse svar. Prof Negishi forklarer motivationen bag denne undersøgelse, "Tidligere undersøgelser har fundet ud af, at guldklynger kan danne endimensionelle forbundne strukturer (1D-CS), der er forbundet via et enkelt guldatom i hver klynge. Samtidig med at samling af ligandbeskyttede metalklynger er en interessant tilgang til at realisere nye fysiske egenskaber og funktioner , de faktorer, der kræves for dannelsen af ​​1D-CS, er i øjeblikket dårligt forstået." Denne spændende nye forskningsartikel er blevet udvalgt til at være på forsiden af ​​det næste nummer af tidsskriftet.

Til at starte med, forskerne ønskede at se, hvordan intra-cluster-ligandinteraktioner dikterer dannelsen af ​​metalklynger. For det, de fokuserede på en bestemt type ligandbeskyttet metalklynge kaldet "thiolat (SR)-beskyttet guld-platinlegeringsklynge ([Au) ₄ Pt ₂ (SR) ₈ ] ₀ ), ", da det havde forskellige typer ligandfordelinger. Gennem teknikker som enkeltkrystal røntgenstrukturanalyse, forskerne fandt ud af, at disse metalklynger knytter sig til hinanden via guldatombindinger, og disse bindinger danner 1D-CS afhængigt af de tiltrækkende og frastødende kræfter forårsaget af inter-cluster ligand interaktioner. De fandt også, at disse interaktioner er påvirket af, hvordan ligander er fordelt på klyngerne og de vinkler, de danner.

Mere specifikt, når ligander var ensartet spredt rundt om metalklyngen (hvilket indikerer frastødende kræfter mellem ligander), frastødende kræfter mellem forskellige metalklynger var også højere, derved forhindrer dannelsen af ​​1D-CS. Prof Negishi forklarer, "Vi fandt ud af, at ligandfordelingen i [Au ₄ Pt ₂ (SR) ₈ ] ₀ ændres afhængigt af ligandstrukturen, og at forskelle i ligandernes fordelinger påvirker inter-cluster ligand-interaktionerne. Dermed, vi er nødt til at designe intra-cluster ligand-interaktioner for at producere 1D-CS med ønskede forbindelsesstrukturer." Faktisk, gennem yderligere analyser, forskerne fandt endda ud af, at dannelsen af ​​1D-CS havde en effekt på den overordnede elektroniske struktur af metalklyngerne, endda påvirke deres ledningsevne.

Disse resultater tjener som retningslinjer for dem, der forsøger at skabe 1D-CS for at udnytte potentialet i metalklyngesamlinger. En bemærkelsesværdig anvendelse af metalklynger, siger prof Negishi, er fremstilling af finere ledninger. Han siger, "Det er udfordrende at tegne finere ledninger ved hjælp af konventionel top-down teknologi; heldigvis, fremskridt inden for metal nanoclusters vil muliggøre udviklingen af ​​bottom-up teknologi til at trække finere ledninger."

Denne undersøgelse baner vejen for væsentlige forbedringer i sofistikerede elektroniksystemer og enheder. I øvrigt, disse resultater vil fungere som et fyrtårn for forskere, der arbejder inden for nanoteknologi og nanoteknik.