Upptäckten av kolnanostrukturer som tvådimensionell grafen och fotbollsformade buckyballs bidrog till att lansera en nanoteknologisk revolution. På senare år har forskare från Brown University och på andra håll har visat att bor, kolets granne i det periodiska systemet, kan också skapa intressanta nanostrukturer, inklusive tvådimensionell borofen och en buckyball-liknande ihålig burstruktur som kallas borosfären.

Nu, forskare från Brown och Tsinghua University har lagt till ytterligare en boron-nanostruktur till listan. I en tidning publicerad i Naturkommunikation , de visar att kluster av 18 boratomer och tre atomer av lantanidelement bildar en bisarr burliknande struktur som inte liknar något de någonsin sett.

"Det här är bara inte en typ av struktur du förväntar dig att se i kemi, " sa Lai-Sheng Wang, en professor i kemi vid Brown och studiens seniorförfattare. "När vi skrev tidningen kämpade vi verkligen för att beskriva det. Det är i grunden en sfärisk trihedron. Normalt kan man inte ha en sluten tredimensionell struktur med bara tre sidor, men eftersom det är sfäriskt, det fungerar."

Forskarna är hoppfulla om att nanostrukturen kan kasta ljus över bulkstrukturen och kemiska bindningsbeteende hos borlantanider, en viktig klass av material som ofta används i elektronik och andra applikationer. Nanostrukturen i sig kan också ha intressanta egenskaper, säger forskarna.

"Lantanidelement är viktiga magnetiska material, var och en med väldigt olika magnetiska moment, " sa Wang. "Vi tror att någon av lantaniderna kommer att göra den här strukturen, så de kan ha mycket intressanta magnetiska egenskaper."

Wang och hans elever skapade lantanid-bor-klustren genom att fokusera en kraftfull laser på ett fast mål gjord av en blandning av bor och ett lantanidelement. Klustren bildas vid kylning av de förångade atomerna. Sedan använde de en teknik som kallas fotoelektronspektroskopi för att studera klustrens elektroniska egenskaper. Tekniken går ut på att zappa kluster av atomer med en annan kraftfull laser. Varje zap slår ut en elektron ur klustret. Genom att mäta de kinetiska energierna för de frigjorda elektronerna, forskare kan skapa ett spektrum av bindningsenergier för elektronerna som binder samman klustret.

"När vi ser en enkel, vackert spektrum, vi vet att det finns en vacker struktur bakom, " sa Wang.

För att ta reda på hur den strukturen ser ut, Wang jämförde fotoelektronspektra med teoretiska beräkningar gjorda av professor Jun Li och hans studenter från Tsinghua. När de väl hittar en teoretisk struktur med ett bindningsspektrum som matchar experimentet, de vet att de har hittat rätt struktur.

"Den här strukturen var något vi aldrig skulle ha förutspått, " sa Wang. "Det är värdet av att kombinera teoretiska beräkningar med experimentella data."

Wang och hans kollegor har kallat de nya strukturerna metallo-borosfärer, och de är hoppfulla att ytterligare forskning kommer att avslöja deras egenskaper.