I ricercatori della Brown University e i collaboratori della Tsinghua University in Cina hanno dimostrato che i nanocluster costituiti da elementi di boro e lantanidi formano strutture altamente stabili e simmetriche con interessanti proprietà magnetiche.

Le scoperte, pubblicato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze di lunedi, 9 luglio suggeriscono che questi nanocluster possono essere utili come magneti molecolari o assemblati in nanofili magnetici. La ricerca aiuta anche a far luce sulla struttura e sul legame chimico dei lantanidi di boro sfusi, che può aiutare nell'ingegnerizzazione di nuovi materiali di boruro.

"I lantanidi di boro sono un'importante classe di materiali utilizzati nell'elettronica e in altre applicazioni, ma i nanocluster di lantanidi di boro non sono stati studiati, " ha detto Lai-Sheng Wang, un professore di chimica alla Brown e autore senior di un articolo che descrive il lavoro. "Abbiamo appena iniziato a studiare questi nanocluster, e qui mostriamo che possono avere un'interessante struttura a "sandwich inverso" con la giusta combinazione di atomi di boro e lantanidi".

La struttura, un anello di atomi di boro legati con un singolo atomo di lantanide legato a ciascun lato, è emersa in gruppi formati da otto atomi di boro e due atomi di lantanio o praseodimio (entrambi membri del gruppo dei lantanidi sulla tavola periodica). Le strutture a sandwich, complessi in cui due molecole planari di idrocarburi aromatici circondano un singolo atomo di metallo, sono ben note in chimica e la loro scoperta è valsa un premio Nobel nel 1973. È noto che le strutture a sandwich inverse si formano nei complessi molecolari organici di uranio, Wang dice, ma questa è la prima volta che la struttura è stata vista nei lantanidi di boro.

Il laboratorio di Wang ha utilizzato una tecnica chiamata spettroscopia fotoelettronica per studiare nanocluster costituiti da diversi elementi chimici. La tecnica prevede lo zapping di ammassi atomici con un laser ad alta potenza. Ogni zap fa uscire un elettrone dall'ammasso. Misurando l'energia cinetica di quegli elettroni liberati, i ricercatori possono capire come gli atomi in un cluster sono legati insieme e dedurre la struttura fisica del cluster. Per trovare le strutture, Wang ha confrontato gli spettri dei fotoelettroni con i calcoli teorici fatti dal professore di chimica quantistica Jun Li e dai suoi studenti di Tsinghua.

"Abbiamo scoperto che i cluster composti da otto atomi di boro e due di lantanidi sono altamente simmetrici come si evince dai loro semplici schemi spettrali, " Wang ha detto. "In chimica, ogni volta che troviamo qualcosa di altamente simmetrico è molto eccitante".

Quella simmetria è prodotta, Wang ha detto, dalla natura dei legami chimici che tengono insieme la struttura. La natura di quei legami rende anche i cluster altamente magnetici. Ciò potrebbe renderli utili per applicazioni di nanoelettronica o altrove.

La ricerca aiuta anche a far luce sui boruri sfusi, dice Wang.

"Ci offre un nuovo modo di intendere l'incollaggio e la struttura dei materiali di boruro, " ha detto. "Studiando piccole unità, possiamo ottenere informazioni sul sistema di massa, e penso che abbiamo acquisito alcune di queste intuizioni qui".