Forskere opdager ny bor-lanthanid-nanostruktur

Opdagelsen af ​​carbon nanostrukturer som todimensionel grafen og fodboldboldformede buckyballer var med til at iværksætte en nanoteknologisk revolution. I de seneste år, forskere fra Brown University og andre steder har vist, at bor, carbon's nabo på det periodiske system, kan også lave interessante nanostrukturer, herunder todimensionel borofen og en buckyball-lignende hul burstruktur kaldet borosfæren.

Nu, forskere fra Brown og Tsinghua University har tilføjet endnu en borananostruktur til listen. I et papir udgivet i Naturkommunikation , de viser, at klynger med 18 boratomer og tre atomer af lanthanidelementer danner en bizar burlignende struktur i modsætning til noget, de nogensinde har set.

"Dette er bare ikke en type struktur, du forventer at se i kemi, "sagde Lai-Sheng Wang, en professor i kemi ved Brown og undersøgelsens seniorforfatter. "Da vi skrev papiret, kæmpede vi virkelig for at beskrive det. Det er dybest set et sfærisk trihedron. Normalt kan du ikke have en lukket tredimensionel struktur med kun tre sider, men da det er sfærisk, det virker."

Forskerne håber, at nanostrukturen kan kaste lys over bulkstrukturen og kemisk bindingsadfærd for borlanthanider, en vigtig klasse af materialer, der er meget udbredt i elektronik og andre applikationer. Nanostrukturen i sig selv kan også have interessante egenskaber, siger forskerne.

"Lanthanidelementer er vigtige magnetiske materialer, hver med meget forskellige magnetiske øjeblikke, "Wang sagde." Vi tror, ​​at nogen af ​​lanthaniderne vil lave denne struktur, så de kunne have meget interessante magnetiske egenskaber. "

Wang og hans elever skabte lanthanid-bor-klyngerne ved at fokusere en kraftig laser på et solidt mål lavet af en blanding af bor og et lanthanid-element. Klyngerne dannes ved afkøling af de fordampede atomer. Derefter brugte de en teknik kaldet fotoelektronspektroskopi til at studere klyngernes elektroniske egenskaber. Teknikken involverer zapping af klynger af atomer med en anden kraftfuld laser. Hver zap slår en elektron ud af klyngen. Ved at måle de frigjorte elektroners kinetiske energier, forskere kan skabe et spektrum af bindingsenergier for elektronerne, der binder klyngen sammen.

"Når vi ser en enkel, smukt spektrum, vi ved, at der er en smuk struktur bag, "Sagde Wang.

For at finde ud af hvordan den struktur ser ud, Wang sammenlignede fotoelektronspektre med teoretiske beregninger udført af professor Jun Li og hans elever fra Tsinghua. Når de finder en teoretisk struktur med et bindende spektrum, der matcher eksperimentet, de ved, at de har fundet den rigtige struktur.

"Denne struktur var noget, vi aldrig ville have forudsagt, "Wang sagde." Det er værdien af ​​at kombinere teoretisk beregning med eksperimentelle data. "

Wang og hans kolleger har døbt de nye strukturer metallo-borosfærer, og de håber, at yderligere forskning vil afsløre deres egenskaber.