Nanogold skiljer sig från makroskopiskt guld. Det lilla 102-guld atomklustret (höger) beter sig som en gigantisk molekyl, men det lite större 144-guld atomklustret är som en metall. Bilden till höger är från ref. 1.
Forskare vid Nanoscience Center vid Jyväskylä universitet, Finland, har visat att dramatiska förändringar i de elektroniska egenskaperna hos nanometerstora guldbitar sker i väldefinierade storleksintervall. Små guld nanokluster skulle kunna användas, till exempel, vid korttidslagring av energi eller elektrisk laddning inom området molekylär elektronik. Finansieras av Finlands Akademi, forskarna har kunnat få ny information som är viktig, bland annat, i att utveckla bioavbildning och avkänning baserad på metallliknande kluster.
Två nya artiklar av forskarna vid Jyväskylä visar att de elektroniska egenskaperna hos två olika men fortfarande ganska lika guldnanokluster kan vara drastiskt olika. Klustren syntetiserades med kemiska metoder som inkorporerade ett stabiliserande ligandskikt på deras yta. Forskarna fann att det mindre klustret, med upp till 102 guldatomer, beter sig som en gigantisk molekyl medan den större, med minst 144 guldatomer, beter sig redan, i princip, som en makroskopisk bit av metall, men i nanostorlek.
Det fundamentalt olika beteendet hos dessa två guldnanokluster av olika storlek demonstrerades genom att lysa ett laserljus på lösningsprover som innehåller klustren och genom att övervaka hur energi försvinner från klustren till det omgivande lösningsmedlet.
"Molekyler beter sig drastiskt annorlunda än metaller, sa professor Mika Pettersson, huvudutredaren för teamet som utför experimenten. "Den extra energin från ljus, absorberas av metallliknande kluster, överförs till miljön extremt snabbt, på ungefär hundra miljarddels sekund, medan ett molekylliknande kluster exciteras till ett högre energitillstånd och sprider energin i miljön med en hastighet som är minst 100 gånger långsammare. Detta är exakt vad vi såg:102-guldatomklustret är en jättemolekyl som visar till och med ett övergående magnetiskt tillstånd medan 144-guldatomklustret redan är en metall. Vi har därmed lyckats placera en viktig storleksregion där denna fundamentalt intressanta förändring av beteendet äger rum."
"Dessa experimentella resultat går mycket bra ihop med vad vårt team har sett från beräkningssimuleringar på dessa system, sa professor Hannu Häkkinen, en medförfattare till studierna och den vetenskapliga chefen för nanovetenskapscentret. "Mitt team förutspådde den här typen av beteende redan 2008–2009 när vi såg stora skillnader i den elektroniska strukturen hos exakt dessa nanokluster. Det är underbart att robusta spektroskopiska experiment nu har bevisat dessa fenomen. Faktum är att, det metallliknande klustret med 144 atomer är ännu mer intressant, eftersom vi just publicerat en teoretisk artikel där vi såg en stor förbättring av de metalliska egenskaperna hos bara några kopparatomer blandade med guld."
