Forskere analyserer cirkulerende strømme inde i guldnanopartikler

Ifølge klassisk elektromagnetisme, en ladet partikel, der bevæger sig i et eksternt magnetfelt, oplever en kraft, der gør partiklens bane cirkulær. Denne grundlæggende fysiklov udnyttes til at designe cyklotroner, der fungerer som partikelacceleratorer. Når metalpartikler på nanometerstørrelse placeres i et magnetfelt, feltet inducerer en cirkulerende elektronstrøm inde i partiklen. Den cirkulerende strøm skaber igen et internt magnetfelt, der modsætter det eksterne felt. Denne fysiske effekt kaldes magnetisk afskærmning.

Styrken af ​​afskærmningen kan undersøges ved at bruge kernemagnetisk resonans (NMR) spektroskopi. Den interne magnetiske afskærmning varierer stærkt i en atomlængdeskala, selv inde i en partikel på nanometerstørrelse. Forståelse af disse atomskalavariationer er kun mulig ved at anvende kvantemekanisk teori om de elektroniske egenskaber af hvert atom, der danner nanopartiklerne.

Nu, forskergruppen af ​​professor Hannu Häkkinen fra universitetet i Jyväskylä, i samarbejde med University of Guadalajara i Mexico, udviklet en metode til at beregne, visualisere og analysere de cirkulerende elektronstrømme inde i komplekse 3D nanostrukturer. Metoden blev anvendt på guldnanopartikler med en diameter på kun omkring en nanometer.

Beregningerne kaster lys over uforklarede eksperimentelle resultater fra tidligere NMR-målinger i litteraturen vedrørende, hvordan magnetisk afskærmning inde i partiklen ændres, når et guldatom erstattes af et platinatom.

En ny kvantitativ foranstaltning til at karakterisere aromaticitet inde i metalnanopartikler blev også udviklet baseret på den samlede integrerede styrke af den afskærmende elektronstrøm.

"Aromaticitet af molekyler er et af de ældste begreber i kemi, og det har traditionelt været forbundet med ringlignende organiske molekyler og til deres delokaliserede valenselektrondensitet, der kan udvikle cirkulerende strømme i et eksternt magnetfelt. Imidlertid, generelt accepterede kvantitative kriterier for graden af ​​aromaticitet har manglet. Vores metode giver nu et nyt værktøj til at studere og analysere elektronstrømme ved opløsningen af ​​et atom inde i enhver nanostruktur, i princippet. Peer reviewerne af vores arbejde betragtede dette som et væsentligt fremskridt på området, " siger professor Häkkinen, der koordinerede forskningen.