來自中國(guó)清華大學(xué)的布朗大學(xué)研究人員和合作者表明，由硼和鑭系元素制成的納米團(tuán)簇形成高度穩(wěn)定和對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，具有令人感興趣的磁性。

“硼鑭系元素是電子和其他應(yīng)用中使用的一類重要材料，但硼鑭系元素的納米團(tuán)簇尚未被研究過，”布朗化學(xué)教授，一篇描述這項(xiàng)工作的論文的高級(jí)作者王麗生說。“我們剛剛開始研究這些納米團(tuán)簇，我們?cè)谶@里展示它們可以有一個(gè)有趣的'反向夾層'結(jié)構(gòu)，其中包含硼和鑭系元素原子的正確組合。”

該結(jié)構(gòu) - 一個(gè)鍵合的硼原子環(huán)，每個(gè)側(cè)面鍵合有一個(gè)鑭系元素原子 - 出現(xiàn)在由八個(gè)硼原子和兩個(gè)鑭或鐠原子(周期表中的鑭系元素的兩個(gè)成員)組成的簇中。三明治結(jié)構(gòu) - 其中兩個(gè)平面芳烴分子圍繞單個(gè)金屬原子的復(fù)合物 - 在化學(xué)中是眾所周知的，并且他們的發(fā)現(xiàn)在1973年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。已知反向夾層結(jié)構(gòu)在鈾 - 有機(jī)分子復(fù)合物中形成，Wang說，但這是第一次在硼鑭系元素中看到這種結(jié)構(gòu)。

Wang的實(shí)驗(yàn)室使用一種稱為光電子能譜的技術(shù)來研究由不同化學(xué)元素組成的納米團(tuán)簇。該技術(shù)涉及使用高功率激光切換原子簇。每個(gè)zap都會(huì)從群集中擊出一個(gè)電子。通過測(cè)量那些釋放的電子的動(dòng)能，研究人員可以了解簇中的原子如何結(jié)合在一起并推斷出簇的物理結(jié)構(gòu)。為了找到結(jié)構(gòu)，Wang將光電子能譜與量子化學(xué)家李俊教授和他的清華學(xué)生的理論計(jì)算進(jìn)行了比較。

“我們發(fā)現(xiàn)由八個(gè)硼和兩個(gè)鑭系元素原子組成的團(tuán)簇是高度對(duì)稱的，這是從它們簡(jiǎn)單的光譜模式推斷的，”Wang說。“在化學(xué)中，每當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)高度對(duì)稱的東西時(shí)，它就會(huì)非常令人興奮。”

王說，通過將結(jié)構(gòu)保持在一起的化學(xué)鍵的性質(zhì)，產(chǎn)生了這種對(duì)稱性。這些債券的性質(zhì)也使集群具有高度磁性。這可能使它們?cè)诩{米電子應(yīng)用或其他地方有用。

Wang說，這項(xiàng)研究還有助于揭示大塊硼化物。

“它為我們提供了一種了解硼化物材料結(jié)合和結(jié)構(gòu)的新方法，”他說。“通過研究小型單位，我們可以深入了解批量系統(tǒng)，我認(rèn)為我們已經(jīng)在這里獲得了一些見解。”