Quando gli atomi di metallo formano piccoli ammassi di una particolare dimensione, mostrano caratteristiche elettromagnetiche interessanti e potenzialmente utili, che sono diversi da quelli del metallo sfuso effettivo. Per esplorare a fondo le potenzialità di queste proprietà, è necessario trovare modi per assemblare precise strutture macroscopiche da questi cluster. Ma, come si legano insieme questi grappoli, e cosa determina esattamente le loro proprietà? Queste domande sono rimaste senza risposta, fino ad ora.

In un nuovo studio pubblicato su Orizzonti di materiali , ricercatori della Tokyo University of Science, guidato dal Prof Yuichi Negishi, cerca di trovare queste risposte. Il Prof Negishi spiega la motivazione alla base di questo studio, "Studi precedenti hanno scoperto che i cluster d'oro possono formare strutture connesse unidimensionali (1D-CS) che sono collegate tramite un singolo atomo d'oro in ciascun cluster. Mentre l'assemblaggio di cluster metallici protetti da ligando è un approccio interessante per realizzare nuove proprietà e funzioni fisiche , i fattori necessari per la formazione di 1D-CS sono attualmente poco conosciuti." Questo nuovo entusiasmante documento di ricerca è stato selezionato per essere sulla copertina del prossimo numero della rivista.

Iniziare con, i ricercatori volevano vedere come le interazioni del ligando all'interno del cluster determinano la formazione di cluster metallici. Per questo, si sono concentrati su un particolare tipo di cluster metallico protetto da ligando chiamato "cluster di lega oro-platino protetto da tiolati (SR) ([Au ₄ Pt ₂ (RS) ₈ ] ₀ ), " poiché aveva vari tipi di distribuzioni di ligandi. Attraverso tecniche come l'analisi strutturale a raggi X a cristallo singolo, i ricercatori hanno scoperto che questi ammassi metallici si attaccano l'uno all'altro tramite legami atomici d'oro, e questi legami formano 1D-CS a seconda delle forze attrattive e repulsive causate dalle interazioni dei ligandi tra cluster. Hanno anche scoperto che queste interazioni sono influenzate dal modo in cui i ligandi sono distribuiti sui cluster e dagli angoli che formano.

Più specificamente, quando i ligandi erano distribuiti uniformemente attorno al cluster metallico (che indica forze repulsive tra ligandi), anche le forze repulsive tra i diversi ammassi metallici erano maggiori, impedendo così la formazione di 1D-CS. Il professor Negishi spiega, "Abbiamo scoperto che la distribuzione del ligando in [Au ₄ Pt ₂ (RS) ₈ ] ₀ cambia a seconda della struttura del ligando e che le differenze nelle distribuzioni dei ligandi influenzano le interazioni tra ligandi tra cluster. Così, abbiamo bisogno di progettare interazioni di ligandi all'interno del cluster per produrre 1D-CS con le strutture di connessione desiderate". attraverso ulteriori analisi, gli scienziati hanno persino scoperto che la formazione di 1D-CS ha avuto un effetto sulla struttura elettronica complessiva dei cluster metallici, influenzando anche la loro conduttività.

Questi risultati servono come linee guida per coloro che cercano di creare 1D-CS per sfruttare il potenziale degli assemblaggi di cluster metallici. Una notevole applicazione di cluster metallici, afferma il prof Negishi, è la fabbricazione di cablaggi più fini. Lui dice, "È difficile disegnare un cablaggio più sottile utilizzando la tecnologia top-down convenzionale; fortunatamente, i progressi nel campo dei nanocluster metallici consentiranno lo sviluppo di una tecnologia dal basso verso l'alto per disegnare cablaggi più fini".

Questo studio apre la strada a miglioramenti significativi nei sistemi e nei dispositivi elettronici sofisticati. Inoltre, questi risultati fungeranno da faro per gli scienziati che lavorano nei campi della nanotecnologia e della nanoingegneria.