Grappoli indipendenti di 20 atomi d'oro prendono la forma di una piramide, ricercatori hanno scoperto. Questo è in contrasto con la maggior parte degli elementi, che si organizzano formando gusci attorno a un atomo centrale. Il team di ricercatori guidato da KU Leuven ha pubblicato i suoi risultati in Progressi scientifici .

Gli ammassi atomici composti da pochi atomi tendono ad essere sferici. Di solito sono organizzati in gusci di atomi attorno a un atomo centrale. Questo è il caso di molti elementi, ma non per l'oro, come risulta. Esperimenti e calcoli avanzati hanno dimostrato che cluster indipendenti di 20 atomi d'oro assumono una forma piramidale. Hanno un piano terra triangolare composto da 10 atomi ordinatamente disposti, con ulteriori triangoli di sei e tre atomi, sormontato da un singolo atomo [vedi figura in cui un modello di venti arance viene confrontato con la struttura teorica e sperimentale].

La straordinaria struttura tetraedrica è stata ora ripresa per la prima volta con un microscopio a scansione a effetto tunnel. Questo microscopio ad alta tecnologia può visualizzare singoli atomi. Funziona a temperature estremamente basse (269 gradi sotto zero) e utilizza il tunneling quantistico di una corrente elettrica da una punta metallica a scansione tagliente attraverso il cluster e nel supporto. Il tunneling quantistico è un processo in cui la corrente elettrica scorre tra due conduttori senza alcun contatto fisico tra di loro.

I ricercatori hanno utilizzato plasmi intensi in una complessa configurazione di una camera a vuoto per polverizzare atomi d'oro da un pezzo d'oro macroscopico. "Parte degli atomi polverizzati crescono insieme in piccole particelle di pochi fino a poche decine di atomi, a causa di un processo paragonabile alla condensazione delle molecole d'acqua in goccioline, " dice Zhe Li, l'autore principale del saggio, attualmente all'Harbin Institute of Technology, Shenzhen. "Abbiamo selezionato un fascio di cluster composto da esattamente venti atomi d'oro. Abbiamo fatto atterrare queste specie con una delle sfaccettature triangolari su un substrato ricoperto da uno strato molto sottile di sale da cucina (NaCl), precisamente tre strati di atomi di spessore."

Lo studio ha anche rivelato la peculiare struttura elettronica della piccola piramide d'oro. Simile agli atomi di gas nobili o alle molecole aromatiche, l'ammasso ha solo orbitali elettronici completamente pieni, il che li rende molto meno reattivi dei cluster con uno o pochi atomi in più o in meno.

Gli ammassi d'oro che vanno da poche a diverse dozzine di atomi di dimensioni sono noti per possedere proprietà notevoli.

La nuova scoperta aiuta gli scienziati a valutare le prestazioni catalitiche e ottiche di questi cluster, che è rilevante per la progettazione di catalizzatori e dispositivi ottici basati su cluster. Le recenti applicazioni dei cluster includono l'utilizzo nelle celle a combustibile e la cattura del carbonio.