Gli scienziati hanno sintetizzato polveri di tetrafluoruro di quattro elementi radioattivi:torio, uranio, nettunio, e plutonio. Questi quattro elementi sono attinidi, una serie di elementi pesanti e radioattivi. Le polveri di tetrafluoruro sono semplicemente polveri con quattro atomi di fluoruro per atomo di attinide. In questo nuovo studio, gli scienziati hanno sondato i campi magnetici di queste polveri. Ciò ha rivelato notevoli variazioni nelle strutture elettroniche delle polveri anche se hanno strutture cristalline quasi identiche. Questi studi rivelano la transizione degli elettroni di valenza dal comportamento itinerante a quello localizzato attraverso la riga di attinidi della tavola periodica; questo è, per gli atomi di elementi più leggeri della riga gli elettroni nel guscio esterno possono essere condivisi con i vicini, mentre per gli elementi più pesanti gli elettroni sono confinati all'atomo. Questa ricerca fornisce una base per studi futuri di configurazioni elettroniche in altri materiali con strutture cristalline simili.

Gli elementi attinidi sono fondamentali per la produzione di combustibili nucleari e altre tecnologie energetiche. Gli scienziati hanno quindi bisogno di descrizioni accurate delle strutture elettroniche di questi elementi. Ciò aiuterà i ricercatori a sviluppare futuri combustibili nucleari, superconduttori, e altri materiali. Questo studio presenta un nuovo modo di mappare l'evoluzione distintiva della struttura elettronica negli elementi attinidi. Gli studi futuri cercheranno descrizioni teoriche che mettano in relazione le osservazioni sperimentali con le strutture sottostanti.

Gli elementi attinidi come l'uranio e il plutonio svolgono un ruolo di primo piano nelle tecnologie energetiche e di difesa. Però, i progressi scientifici necessari per realizzare il pieno potenziale di queste tecnologie affrontano complesse questioni teoriche nell'analisi degli elementi pesanti. L'uso di queste tecnologie avanzate incontra anche difficoltà pratiche a causa delle misure speciali necessarie per gestire il rischio di radioattività. In questo studio, i ricercatori hanno sintetizzato una serie di polveri di tetrafluoruro di attinidi radioattivi. Questi elementi (torio, uranio, nettunio, e plutonio) collegano l'estremità pesante e leggera della fila di attinidi della tavola periodica e mostrano strutture cristalline identiche per la forma del tetrafluoruro. Gli scienziati hanno quindi sondato le strutture elettroniche del tetrafluoruro di attinidi mappando i campi locali utilizzando la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR). Esperimenti spettroscopici sono stati eseguiti nel Laboratorio di elaborazione radiochimica Radiological Nuclear Magnetic Resonance Facility, che ospita strumentazione personalizzata per l'analisi di campioni radioattivi, inclusi due spettrometri NMR e uno spettrometro a risonanza a quadrupolo nucleare a banda larga. Questo lavoro può essere utilizzato come guida per futuri studi sulla correlazione elettronica degli elementi del blocco f.