Forskare har syntetiserat tetrafluoridpulver av fyra radioaktiva grundämnen - torium, uran, neptunium, och plutonium. Dessa fyra grundämnen är aktinider, en serie tunga och radioaktiva grundämnen. Tetrafluoridpulver är helt enkelt pulver med fyra fluoridatomer per aktinidatom. I denna nya studie, forskare undersökte magnetfälten i dessa pulver. Detta avslöjade anmärkningsvärda variationer i pulvrens elektroniska strukturer även om de har nästan identiska kristallstrukturer. Dessa studier avslöjar övergången av valenselektroner från ambulerande till lokaliserat beteende över aktinidraden i det periodiska systemet; det är, för atomer av lättare element i raden kan elektronerna i det yttre skalet delas med grannar, medan för tyngre grundämnen är elektroner begränsade till atomen. Denna forskning ger en grund för framtida studier av elektroniska konfigurationer i andra material med liknande kristallstrukturer.

Aktinidelement är nyckeln till produktionen av kärnbränsle och annan energiteknik. Forskare behöver därför noggranna beskrivningar av de elektroniska strukturerna hos dessa element. Detta kommer att hjälpa forskare att utveckla framtida kärnbränslen, supraledare, och andra material. Denna studie presenterar ett nytt sätt att kartlägga den distinkta utvecklingen av elektronisk struktur i aktinidelement. Framtida studier kommer att söka teoretiska beskrivningar som relaterar de experimentella observationerna till underliggande strukturer.

Aktinidelement som uran och plutonium spelar en ledande roll inom energi- och försvarsteknik. Dock, de vetenskapliga framstegen som behövs för att förverkliga den fulla potentialen hos dessa tekniker står inför komplexa teoretiska frågor vid analys av tunga element. Användningen av dessa avancerade tekniker möter också praktiska svårigheter på grund av de särskilda åtgärder som krävs för att hantera radioaktivitetsrisken. I den här studien, forskare syntetiserade en serie radioaktiva aktinidetrafluoridpulver. Dessa grundämnen (thorium, uran, neptunium, och plutonium) överbryggar den tunga och lätta änden av aktinidraden i det periodiska systemet och visar identiska kristallstrukturer för tetrafluoridformen. Forskare undersökte sedan de elektroniska strukturerna för aktinidetrafluorid genom att kartlägga de lokala fälten med hjälp av kärnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi. Spektroskopiska experiment utfördes i Radiochemical Processing Laboratory Radiological Nuclear Magnetic Resonance Facility, som inrymmer instrumentering anpassad för analys av radioaktiva prover, inklusive två NMR-spektrometrar och en bredbandskärnfyrpolresonansspektrometer. Detta arbete kan användas som vägledning för framtida elektronkorrelationsstudier av f-blockelement.