När metallatomer bildar små kluster av en viss storlek, de visar intressanta och potentiellt användbara elektromagnetiska egenskaper, som skiljer sig från den faktiska bulkmetallen. För att till fullo utforska potentialen för dessa fastigheter, det är nödvändigt att hitta sätt att sammanställa exakta makroskopiska strukturer ur dessa kluster. Men, hur binder dessa kluster ihop, och vad exakt dikterar deras egenskaper? Dessa frågor har förblivit obesvarade, tills nu.

I en ny studie publicerad i Material horisonter , forskare från Tokyo University of Science, ledd av Prof Yuichi Negishi, ge sig ut för att hitta dessa svar. Prof Negishi förklarar motivationen bakom denna studie, "Tidigare studier har funnit att guldkluster kan bilda endimensionella sammankopplade strukturer (1D-CS) som är länkade via en enda guldatom i varje kluster. Samtidigt som man sätter ihop ligandskyddade metallkluster är ett intressant tillvägagångssätt för att realisera nya fysikaliska egenskaper och funktioner , de faktorer som krävs för bildandet av 1D-CS är för närvarande dåligt förstådda." Denna spännande nya forskningsartikel har valts ut att finnas på omslaget till nästa nummer av tidskriften.

Till att börja med, forskarna ville se hur intra-klusterligandinteraktioner dikterar bildandet av metallkluster. För detta, de fokuserade på en speciell typ av ligandskyddade metallkluster som kallas "tiolat (SR)-skyddade guld-platinalegeringskluster ([Au) ₄ Pt ₂ (SR) ₈ ] ₀ ), " eftersom den hade olika typer av ligandfördelningar. Genom tekniker som enkristallröntgenstrukturanalys, forskarna fann att dessa metallkluster fäster vid varandra via guldatombindningar, och dessa bindningar bildar 1D-CS beroende på de attraktiva och repulsiva krafterna som orsakas av inter-klusterligandinteraktioner. De fann också att dessa interaktioner påverkas av hur ligander är fördelade på klustren och de vinklar som de bildar.

Mer specifikt, när ligander var jämnt spridda runt metallklustret (vilket indikerar repulsiva krafter mellan ligander), frånstötningskrafterna mellan olika metallkluster var också högre, därigenom förhindrar bildandet av 1D-CS. Prof Negishi förklarar, "Vi fann att ligandfördelningen i [Au ₄ Pt ₂ (SR) ₈ ] ₀ förändringar beroende på ligandstrukturen och att skillnader i fördelningarna av liganderna påverkar inter-klusterligandinteraktionerna. Således, vi måste designa intra-klusterligandinteraktioner för att producera 1D-CS med önskade anslutningsstrukturer." genom ytterligare analyser, forskarna fann till och med att bildandet av 1D-CS hade en effekt på den övergripande elektroniska strukturen hos metallklustren, till och med påverkar deras ledningsförmåga.

Dessa resultat fungerar som riktlinjer för dem som försöker skapa 1D-CS för att utnyttja potentialen hos metallklustersammansättningar. En anmärkningsvärd tillämpning av metallkluster, säger prof Negishi, är tillverkning av finare ledningar. Han säger, "Det är utmanande att dra finare ledningar med hjälp av konventionell top-down-teknik; lyckligtvis, framsteg inom området metallnanokluster kommer att möjliggöra utvecklingen av bottom-up-teknik för att dra finare ledningar."

Denna studie banar väg för betydande förbättringar av sofistikerade elektroniksystem och enheter. Dessutom, dessa resultat kommer att fungera som en ledstjärna för forskare som arbetar inom nanoteknik och nanoteknik.