Det periodiska systemet för grundämnen föreslogs 1869, och blev därefter en av naturvetenskapernas hörnstenar. Denna tabell var utformad för att innehålla alla element som finns i naturen i en speciell layout som grupperar dem i rader och kolumner enligt en av deras viktigaste egenskaper, antalet elektroner. Forskare har använt det periodiska systemet i decennier för att förutsäga egenskaperna hos de då okända elementen, som har lagts till bordet med tiden.

Kan det finnas ett sådant periodiskt system för molekyler? Även om vissa forskare har tänkt på denna möjlighet och föreslagit periodiska regler för att förutsäga förekomsten av vissa molekyler, dessa förutsägelser var endast giltiga för grupper av atomer med en kvasisfärisk symmetri, på grund av deras egen teoris begränsningar. Dock, det finns många kluster av atomer med andra former och andra typer av symmetrier som bör beaktas med en bättre modell. Således, ett forskargrupp från Tokyo Tech, inklusive Dr Takamasa Tsukamoto, Dr Naoki Haruta, Prof. Kimihisa Yamamoto och kollegor, föreslog en ny metod för att bygga ett periodiskt bord för molekyler med flera typer av symmetrier.

Deras tillvägagångssätt är baserat på en skarp observation av beteendet hos valenselektronerna hos atomer som bildar molekylära kluster. Valenselektronerna kan betraktas som "fria" elektroner i atomer med yttersta orbital, och därmed kan de interagera med elektronerna i andra atomer för att bilda föreningar. När flera atomer bildar ett kluster med en symmetrisk form, deras valenselektroner tenderar att uppta specifika molekylära orbitaler som kallas "superatomiska orbitaler, " där de beter sig nästan exakt som om de vore elektronerna i en enorm atom.

Genom att överväga detta faktum och analysera effekterna av de strukturella symmetrier för kluster (fig. 1), forskarna föreslog "symmetri-anpassade orbital (SAO) modeller, " som överensstämmer med flera kända molekyler såväl som avancerade kvantmekaniska beräkningar. De nya periodiska system, som skulle skapas för varje symmetrityp, skulle faktiskt vara fyrdimensionell, som visas i fig. 2, eftersom molekylerna skulle ordnas enligt fyra parametrar:grupper och perioder (baserat på deras "valens" elektroner, liknande det normala periodiska systemet), arter (baserat på de bildande elementen), och familjer (baserat på antalet atomer).

SAO-metoden är mycket lovande inom materialdesign. "Modern syntesteknik gör det möjligt för oss att producera många innovativa material baserade på SAO-modellen, såsom lättviktsmagnetiska material, "säger prof. Yamamoto. Vägen framåt för forskare ligger i att ytterligare expandera dessa tabeller till molekylära kluster med andra former och symmetrier och förutsäga stabila molekyler som ännu inte har utvecklats." Bland de oändliga kombinationerna av konstitutiva element, det föreslagna periodiska systemet kommer att vara ett betydande bidrag till upptäckten av nya funktionella material, "avslutar prof. Yamamoto.