Sulla base del metodo del modello dendrimero, cluster composti da 3, 12, 13 e un altro numero di atomi sono stati sintetizzati. La natura superatomica simile all'alogeno di Ga13 è stata osservata strutturalmente ed elettrochimicamente come completamente diversa dagli altri ammassi. I risultati per questi cluster di gallio hanno fornito candidati per superatoms. Credito:Tokyo Tech
"Superatomo" è un nome dato a un gruppo di atomi che sembrano esibire proprietà simili agli atomi elementari. Gli scienziati hanno mostrato particolare interesse per le strutture superatomiche, poiché possono essere collegati agli atomi per produrre molecole, e potenzialmente essere utilizzato per sostituire determinati elementi in molte applicazioni.
Ma per superatoms per essere efficacemente utilizzato, devono essere appositamente adattati per assomigliare alle caratteristiche degli elementi corrispondenti. Questa trasformazione dipende dalla combinazione specifica di elettroni utilizzati. Per esempio, quando all'atomo di alluminio-13 si aggiunge un atomo di alluminio con 3 elettroni di valenza (elettroni del guscio esterno che possono contribuire alla formazione di legami chimici), le proprietà cambiano in quelle di un superatom di alluminio-14. A causa di questa modificabilità di superatoms, investigarli e comprenderli ulteriormente è importante. Ma la ricerca precedente è stata principalmente teorica, e in gran parte focalizzata su singoli cluster. Inoltre, la ricerca non è stata in grado di sintetizzare cluster superatomici con volume e stabilità sufficienti per l'applicazione pratica.
In un recente studio, scienziati di Tokyo Tech e ERATO Japan Science and Technology, guidato dal Dr. Tetsuya Kambe e dal Prof Kimihisa Yamamoto, cluster fabbricati dell'elemento gallio (Ga) in soluzione per dimostrare gli effetti della variazione del numero di atomi in un cluster sulle proprietà del cluster. Il team ha sintetizzato gruppi di Ga di 3, 12, 13 e altri numeri di atomi utilizzando un sintetizzatore superatom specializzato. Per caratterizzare e analizzare le differenze strutturali tra i cluster sintetizzati, sono state acquisite immagini al microscopio elettronico a trasmissione e sono stati eseguiti i calcoli utilizzando strumenti di calcolo.
La spettrometria di massa ha rivelato che i cluster di 13 e 3 atomi avevano periodicità superatomica. Il cluster di 13 atomi differiva dagli altri cluster strutturalmente ed elettrochimicamente. Ma l'ammasso a 3 atomi con idrogeno (Ga 3 h 2 ) è stato ridotto a Ga 3 h 2 - e non è stato rilevato, suggerendo una bassa stabilità di questo cluster quando sintetizzato nel mezzo di soluzione.
La capacità di alterare i cluster rafforza il concetto che il cambiamento strutturale può essere indotto in superatoms. Descrivendo le implicazioni delle loro scoperte, spiegano gli scienziati:"Queste serie di risultati dimostrano che è possibile cambiare gli elettroni di valenza nei cluster superatomici in soluzione controllando il numero di atomi costituenti. Ciò a sua volta consente la progettazione e la preparazione di superatoms".
Questo studio apre la strada a future ricerche per indagare l'uso di superatoms come sostituti di elementi. Come il dottor Kambe, Il professor Yamamoto e il team ribadiscono, "l'superatom rivela un'interessante strategia per la creazione di nuovi elementi costitutivi attraverso l'uso di strutture a grappolo".
