Quando CsW2O6 viene raffreddato al di sotto di -58°C, triangoli molecolari formano atomi di tungsteno che sono legati insieme da due soli elettroni. Un legame simile è stato precedentemente dimostrato solo negli ioni triidrogeno nello spazio esterno. Credito:Yoshihiko Okamoto
Un team di scienziati guidato dall'Università di Nagoya in Giappone ha rilevato una configurazione atomica molto insolita in un materiale a base di tungsteno. Fino ad ora, la configurazione atomica era stata vista solo nel triidrogeno, uno ione che esiste tra i sistemi stellari nello spazio. Le scoperte, pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura , suggeriscono che ulteriori studi potrebbero rivelare composti con interessanti proprietà elettroniche.
Gli atomi che compongono gli esseri umani, gli alberi e i tavoli della cucina generalmente si legano insieme condividendo gli elettroni:pensa agli elettroni come al collante atomico della vita. Il fisico applicato dell'Università di Nagoya Yoshihiko Okamoto e colleghi hanno trovato una versione molto insolita di questa colla:una molecola triangolare regolare era formata da tre atomi legati insieme da due elettroni.
"Questo tipo di legame era stato visto in precedenza solo negli ioni triidrogeno trovati nel materiale interstellare, " dice Okamoto. "Eravamo entusiasti di vedere questa configurazione in un cristallo raffreddato a base di tungsteno".
Le cosiddette molecole di tritungsteno sono state scoperte in singoli cristalli di ossido di cesio tungsteno (CsW 2 oh 6 ) raffreddato al di sotto di -58°C. CsW 2 oh 6 conduce elettricità a temperatura ambiente ma si trasforma in un materiale isolante quando viene raffreddato al di sotto di -58°C. È stata una sfida studiare come la struttura atomica di questo tipo di materiale cambia in risposta alla temperatura. Per superare questo, Okamoto e i suoi colleghi in Giappone hanno sintetizzato cristalli singoli molto puri di CsW 2 oh 6 e li ha bombardati con fasci di raggi X a temperatura ambiente e -58°C.
Le molecole di tungsteno nel cristallo conduttore formano reti tridimensionali di piramidi tetraedriche collegate ai loro angoli, nota come struttura piroclorica. I legami tra le molecole si formano a causa di una condivisione simmetrica di elettroni tra loro.
Però, quando il composto si sarà raffreddato, gli elettroni si riorganizzano e all'interno dei tetraedri emergono due tipi di atomi di tungsteno, ciascuno con una diversa "valenza, " o potere di legame con altri atomi. Questo, a sua volta, distorce le lunghezze dei legami di tungsteno con gli atomi di ossigeno nel composto, portando a una forma più compressa. È importante sottolineare che gli atomi di tungsteno con valenza inferiore formano triangoli piccoli e grandi ai lati del tetraedro di tungsteno, con le molecole di tritungsteno molto insolite che si formano sui piccoli triangoli. I tre atomi di tungsteno che formano i punti di questi triangoli condividono solo due elettroni tra loro per tenerli legati insieme.
"Per quello che ci risulta, CsW 2 oh 6 è l'unico esempio in cui questo tipo di formazione del legame, dove diversi atomi condividono solo pochi elettroni, appare come una transizione di fase, "dice Okamoto.
Il team mira a studiare ulteriormente i composti con strutture di pirocloro, con l'obiettivo finale di scoprire materiali con proprietà nuove e interessanti.
