När CsW2O6 kyls under -58°C, molekylära trianglar bildar volframatomer som är bundna med endast två elektroner. Liknande bindning har endast tidigare visats i trivätejoner i yttre rymden. Kredit:Yoshihiko Okamoto
Ett team av forskare ledda av Nagoya University i Japan har upptäckt en mycket ovanlig atomkonfiguration i ett volframbaserat material. Tills nu, atomkonfigurationen hade bara setts i triväte, en jon som finns mellan stjärnsystem i rymden. Resultaten, publiceras i tidskriften Naturkommunikation , föreslår ytterligare studier kan avslöja föreningar med intressanta elektroniska egenskaper.
Atomer som utgör människor och träd och köksbord binder i allmänhet samman genom att dela elektroner - tänk på elektroner som livets atomära lim. Nagoya University tillämpad fysiker Yoshihiko Okamoto och kollegor har hittat en mycket ovanlig version av detta lim:en vanlig triangulär molekyl bildades av tre atomer bundna tillsammans av två elektroner.
"Denna typ av bindning hade bara tidigare setts i trivätejonerna som finns i interstellärt material, " säger Okamoto. "Vi var glada över att se den här konfigurationen i en kyld volframbaserad kristall."
De så kallade trivolframmolekylerna upptäcktes i enkristaller av cesiumvolframoxid (CsW) 2 O 6 ) kyls under -58 ° C. CsW 2 O 6 leder elektricitet vid rumstemperatur men ändras till ett isolerande material när det kyls under -58 ° C. Det har varit en utmaning att studera hur atomstrukturen hos denna typ av material förändras som svar på temperatur. För att övervinna detta, Okamoto och hans kollegor i Japan syntetiserade mycket rena enkristaller av CsW 2 O 6 och bombarderade dem med röntgenstrålar vid rumstemperatur och -58°C.
Volframmolekylerna i den ledande kristallen bildar tredimensionella nätverk av tetraedriska pyramider anslutna vid deras hörn, känd som en pyroklorstruktur. Bindningarna mellan molekylerna bildas på grund av en symmetrisk delning av elektroner mellan dem.
Dock, när föreningen kyls, elektronerna omarrangeras och två typer av volframatomer dyker upp i tetraedrarna, var och en med olika "valens, "eller bindningskraft med andra atomer. Detta, i tur och ordning, förvränger längden av volframbindningar med syreatomer i föreningen, leder till en mer komprimerad form. Viktigt, volframatomerna med lägre valens bildar små och stora trianglar på sidorna av volframtetraedrarna, med de mycket ovanliga trivolframmolekylerna som bildas på de små trianglarna. De tre volframatomerna som bildar punkterna i dessa trianglar delar bara två elektroner mellan dem för att hålla dem bundna.
"Så vitt vi vet, CsW 2 O 6 är det enda exemplet där denna typ av bindningsbildning, där flera atomer bara delar ett fåtal elektroner, visas som en fasövergång, säger Okamoto.
Teamet syftar till att ytterligare undersöka föreningar med pyroklorstrukturer, med det yttersta målet att upptäcka material med nya och intressanta egenskaper.
