I ricercatori della Virginia Commonwealth University hanno scoperto una nuova strategia per creare superatoms, combinazioni di atomi che possono imitare le proprietà di più di un gruppo di elementi della tavola periodica. Questi superati potrebbero essere usati per creare nuovi materiali, comprese batterie più efficienti e semiconduttori migliori; un componente fondamentale dei microchip, transistor e la maggior parte dei dispositivi computerizzati.

Batterie e semiconduttori si basano sul movimento delle cariche da un gruppo di atomi all'altro. Durante questo processo, gli elettroni vengono trasferiti dagli atomi donatori agli atomi accettori. La formazione di superatomi in grado di fornire o accettare più elettroni mantenendo la stabilità strutturale è un requisito fondamentale per creare batterie o semiconduttori migliori, disse Shiv Khanna, dottorato di ricerca, Professore del Commonwealth e presidente del Dipartimento di Fisica del College of Humanities and Sciences. La capacità degli superatoms di spostare efficacemente le cariche rimanendo intatte è attribuita al modo in cui imitano le proprietà di più gruppi di elementi.

"Abbiamo ideato un nuovo approccio in cui si possono sintetizzare tali superatoms a base di metallo, "ha detto Khanna.

In un articolo pubblicato su Comunicazioni sulla natura la settimana scorsa, Khanna ha teoricamente dimostrato un metodo di costruzione dei superati che potrebbe portare alla creazione di materiali energetici più efficaci. Il lavoro è stato finanziato dall'Air Force Office of Scientific Research.

"I semiconduttori sono usati in ogni sfera della vita, "Ha detto Khanna. "I superatomi che potrebbero migliorare sostanzialmente la donazione di elettroni sarebbero un vantaggio significativo per la società".

Attualmente, atomi alcalini, che formano la prima colonna della tavola periodica, sono ottimali per donare elettroni. Questi atomi naturali richiedono una bassa quantità di energia per donare un elettrone. Però, donare più di un elettrone richiede una quantità di energia proibitiva.

Khanna e colleghi Arthur Reber, professore associato di fisica, e Vikas Chauhan, assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Fisica, hanno creato un processo mediante il quale gruppi di atomi possono donare o ricevere più elettroni utilizzando bassi livelli di energia.

"La possibilità di avere questi elementi costitutivi in ​​grado di accettare più addebiti o donare più addebiti avrebbe alla fine applicazioni ad ampio raggio nell'elettronica, "ha detto Khanna.

Mentre tali superati sono già stati fatti, non c'è mai stata una teoria guida per farlo in modo efficace. Khanna e i suoi colleghi teorizzano che i ligandi organici, molecole che legano gli atomi di metallo per proteggerli e stabilizzarli, possono migliorare lo scambio di elettroni senza compromettere i livelli di energia.

Hanno considerato questa teoria usando gruppi di cluster di alluminio mescolati con boro, carbonio, silicio e fosforo, accoppiato con ligandi organici. Utilizzando l'analisi computazionale, hanno dimostrato che l'ammasso userebbe ancora meno energia per donare un elettrone rispetto al francio, il più forte donatore di elettroni alcalino presente in natura.

"Potremmo usare i ligandi per prendere qualsiasi gruppo di atomi e trasformarlo in un donatore o accettore di elettroni, "Ha detto Khanna. "Potremmo formare donatori di elettroni che sono più forti di qualsiasi elemento trovato sulla tavola periodica".