Brown University -forskare och samarbetspartners från Tsinghua University i Kina har visat att nanokluster gjorda av bor- och lantanidelement bildar mycket stabila och symmetriska strukturer med intressanta magnetiska egenskaper.

Resultaten, publicerad i Förfaranden från National Academy of Sciences på måndag, 9 juli kl. föreslår att dessa nanokluster kan vara användbara som molekylära magneter eller monterade i magnetiska nanotrådar. Forskningen hjälper också till att belysa strukturen och den kemiska bindningen av bulboranthanider, vilket kan hjälpa till att konstruera nya boridmaterial.

"Borantanider är en viktig klass av material som används inom elektronik och andra applikationer, men nanokluster av borantanider har inte studerats, "sa Lai-Sheng Wang, en professor i kemi vid Brown och seniorförfattare till ett papper som beskriver arbetet. "Vi har just börjat undersöka dessa nanokluster, och här visar vi att de kan ha en intressant "invers sandwich" -struktur med rätt kombination av bor- och lantanidatomer. "

Strukturen - en ring av bundna boratomer med en enda lantanidatom bunden till varje sida - växte fram i kluster gjorda av åtta boratomer och två atomer av antingen lantan eller praseodym (båda medlemmarna i lantanidgruppen på det periodiska systemet). Smörgåsstrukturer-komplex där två plana aromatiska kolvätemolekyler omger en enda metallatom-är välkända inom kemi och deras upptäckt fick ett Nobelpris 1973. Invers smörgåsstrukturer är kända för att bildas i uran-organiska molekylkomplex, Wang säger, men detta är första gången strukturen har setts i borantanider.

Wangs laboratorium använde en teknik som kallas fotoelektronspektroskopi för att studera nanokluster gjorda av olika kemiska element. Tekniken innebär att zappa atomkluster med en kraftfull laser. Varje zap slår ut en elektron ur klustret. Genom att mäta kinetisk energi för de frigjorda elektronerna, forskare kan förstå hur atomerna i ett kluster är bundna och sluta klusterets fysiska struktur. För att hitta strukturerna, Wang jämförde fotoelektronspektra med teoretiska beräkningar gjorda av kvantkemisten professor Jun Li och hans studenter från Tsinghua.

"Vi fann att kluster gjorda av åtta bor- och två lantanidatomer är mycket symmetriska enligt deras enkla spektralmönster, "Sa Wang." I kemi, när vi hittar något som är mycket symmetriskt är det väldigt spännande. "

Att symmetri produceras, Wang sa, genom naturen av de kemiska bindningarna som håller strukturen ihop. Naturen hos dessa bindningar gör också klustren mycket magnetiska. Det kan göra dem användbara för nano-elektronikapplikationer eller någon annanstans.

Forskningen hjälper också till att belysa bulkborider, Säger Wang.

"Det ger oss ett nytt sätt att förstå bindning och struktur av boridmaterial, "sa han." Genom att studera små enheter, vi kan få insikt i bulksystemet, och jag tror att vi har fått en del av den insikten här. "