Een team van wetenschappers onder leiding van de Nagoya University in Japan heeft een hoogst ongebruikelijke atomaire configuratie ontdekt in een op wolfraam gebaseerd materiaal. Tot nu, de atomaire configuratie was alleen gezien in triwaterstof, een ion dat tussen sterrenstelsels in de ruimte bestaat. De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie , suggereren dat verdere studies verbindingen met interessante elektronische eigenschappen zouden kunnen onthullen.

Atomen waaruit mensen en bomen en keukentafels bestaan, binden zich over het algemeen aan elkaar door elektronen te delen - denk aan elektronen als de atomaire lijm van het leven. Nagoya University toegepast natuurkundige Yoshihiko Okamoto en collega's hebben een hoogst ongebruikelijke versie van deze lijm gevonden:een regelmatig driehoekig molecuul werd gevormd uit drie atomen die aan elkaar waren gebonden door twee elektronen.

"Dit type binding was alleen eerder gezien in de triwaterstofionen die in interstellair materiaal worden gevonden, " zegt Okamoto. "We waren verheugd om deze configuratie te zien in een gekoeld op wolfraam gebaseerd kristal."

De zogenaamde tritungsten moleculen werden ontdekt in eenkristallen van cesium tungsten oxide (CsW ₂ O ₆ ) afgekoeld tot onder -58°C. CsW ₂ O ₆ geleidt elektriciteit bij kamertemperatuur, maar verandert in een isolerend materiaal wanneer het onder -58°C wordt gekoeld. Het was een uitdaging om te bestuderen hoe de atomaire structuur van dit type materiaal verandert als reactie op temperatuur. Om dit te overwinnen, Okamoto en zijn collega's in Japan synthetiseerden zeer zuivere eenkristallen van CsW ₂ O ₆ en beschoten ze met röntgenstralen bij kamertemperatuur en -58°C.

De wolfraammoleculen in het geleidende kristal vormen driedimensionale netwerken van tetraëdrische piramides die op hun hoeken zijn verbonden, bekend als een pyrochloorstructuur. De bindingen tussen de moleculen worden gevormd door een symmetrische verdeling van elektronen tussen hen.

Echter, wanneer de verbinding is afgekoeld, de elektronen herschikken en twee soorten wolfraamatomen verschijnen binnen de tetraëders, elk met een andere "valentie, " of bindingskracht met andere atomen. Dit, beurtelings, vervormt de lengtes van wolfraambindingen met zuurstofatomen in de verbinding, wat leidt tot een meer gecomprimeerde vorm. belangrijk, de wolfraamatomen met een lagere valentie vormen kleine en grote driehoeken aan de zijkanten van de wolfraamtetraëders, met de hoogst ongebruikelijke tritungsten-moleculen die zich vormen op de kleine driehoeken. De drie wolfraamatomen die de punten van deze driehoeken vormen, delen slechts twee elektronen tussen hen in om ze aan elkaar gebonden te houden.

"Voor zover we weten, CsW ₂ O ₆ is het enige voorbeeld waar dit type bindingsvorming, waar verschillende atomen slechts enkele elektronen delen, verschijnt als een faseovergang, ' zegt Okamoto.

Het team wil verbindingen met pyrochloorstructuren verder onderzoeken, met als uiteindelijk doel het ontdekken van materialen met nieuwe en interessante eigenschappen.