'Superatom' is een naam die wordt gegeven aan een cluster van atomen die eigenschappen lijken te vertonen die vergelijkbaar zijn met elementaire atomen. Wetenschappers hebben bijzondere interesse getoond in superatomaire structuren, omdat ze kunnen worden gekoppeld aan atomen om moleculen te produceren, en mogelijk worden gebruikt om bepaalde elementen in veel toepassingen te vervangen.

Maar om superatomen effectief te kunnen gebruiken, ze moeten speciaal zijn afgestemd op de kenmerken van de overeenkomstige elementen. Deze transformatie hangt af van de specifieke combinatie van gebruikte elektronen. Bijvoorbeeld, wanneer een aluminiumatoom met 3 valentie-elektronen (buitenste schilelektronen die kunnen bijdragen aan de vorming van chemische bindingen) wordt toegevoegd aan het superatoom van aluminium-13, de eigenschappen veranderen in die van een superatoom van aluminium-14. Vanwege deze aanpasbaarheid van superatomen, het is belangrijk om ze te onderzoeken en verder te begrijpen. Maar eerder onderzoek was voornamelijk theoretisch, en grotendeels gericht op enkele clusters. Onderzoek heeft ook geen superatomaire clusters kunnen synthetiseren met voldoende volume en stabiliteit voor praktische toepassing.

In een recente studie, wetenschappers van Tokyo Tech en ERATO Japan Science and Technology, geleid door Dr. Tetsuya Kambe en Prof Kimihisa Yamamoto, gefabriceerde clusters van het element gallium (Ga) in oplossing om de effecten van het veranderen van het aantal atomen in een cluster op de eigenschappen van het cluster aan te tonen. Het team synthetiseerde Ga-clusters van 3, 12, 13 en andere aantallen atomen met behulp van een gespecialiseerde superatoomsynthesizer. Om de structurele verschillen tussen de gesynthetiseerde clusters te karakteriseren en te analyseren, transmissie-elektronenmicroscopische beelden werden vastgelegd en berekeningen werden uitgevoerd met behulp van rekenhulpmiddelen.

De massaspectrometrie onthulde dat de clusters van 13 en 3 atomen een superatomaire periodiciteit hadden. Het 13-atoomcluster verschilde structureel en elektrochemisch van de andere clusters. Maar de 3-atoomcluster met waterstof (Ga ₃ H ₂ ) werd teruggebracht tot Ga ₃ H ₂ - en werd niet gedetecteerd, suggereert een lage stabiliteit van dit cluster wanneer het wordt gesynthetiseerd in het oplossingsmedium.

Het vermogen om de clusters te veranderen, versterkt het concept dat structurele verandering in superatomen kan worden veroorzaakt. De implicaties van hun bevindingen beschrijven, de wetenschappers leggen uit:"Deze reeks resultaten toont aan dat het mogelijk is om de valentie-elektronen in superatomaire clusters in oplossing te veranderen door het aantal samenstellende atomen te regelen. Dit maakt op zijn beurt het ontwerpen en voorbereiden van superatomen mogelijk."

Deze studie maakt de weg vrij voor toekomstig onderzoek om het gebruik van superatomen als vervanging voor elementen te onderzoeken. Zoals Dr. Kambe, Prof Yamamoto en team herhalen, "het superatoom onthult een aantrekkelijke strategie voor het creëren van nieuwe bouwstenen door het gebruik van clusterstructuren."