Onderzoekers van het Nanoscience Center aan de Universiteit van Jyväskylä, Finland, hebben aangetoond dat dramatische veranderingen in de elektronische eigenschappen van goudstukken ter grootte van nanometers plaatsvinden in een welomschreven groottebereik. Kleine gouden nanoclusters kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld, bij kortetermijnopslag van energie of elektrische lading op het gebied van moleculaire elektronica. Gefinancierd door de Academie van Finland, de onderzoekers nieuwe informatie hebben kunnen verkrijgen die belangrijk is, onder andere, bij het ontwikkelen van bio-imaging en sensing op basis van metaalachtige clusters.

Twee recente artikelen van de onderzoekers van Jyväskylä tonen aan dat de elektronische eigenschappen van twee verschillende, maar nog steeds vrij gelijkaardige gouden nanoclusters drastisch kunnen verschillen. De clusters werden gesynthetiseerd door chemische methoden met een stabiliserende ligandlaag op hun oppervlak. De onderzoekers ontdekten dat de kleinere cluster, met maximaal 102 goudatomen, gedraagt ​​zich als een gigantische molecule, terwijl de grotere, met minstens 144 goudatomen, gedraagt ​​zich al, in principe, als een macroscopisch stuk metaal, maar in nanoformaat.

Het fundamenteel verschillende gedrag van deze twee gouden nanoclusters van verschillende grootte werd aangetoond door een laserlicht te schijnen op oplossingsmonsters die de clusters bevatten en door te volgen hoe energie van de clusters naar het omringende oplosmiddel verdwijnt.

"Moleculen gedragen zich drastisch anders dan metalen, " zei professor Mika Pettersson, de hoofdonderzoeker van het team dat de experimenten uitvoert. "De extra energie van licht, geabsorbeerd door de metaalachtige clusters, zeer snel in het milieu terechtkomt, in ongeveer honderd miljardste van een seconde, terwijl een molecuulachtig cluster wordt geëxciteerd naar een hogere energietoestand en de energie in de omgeving dissipeert met een snelheid die minstens 100 keer langzamer is. Dit is precies wat we zagen:de 102-gouden atoomcluster is een gigantisch molecuul dat zelfs een voorbijgaande magnetische toestand vertoont, terwijl de 144-gouden atoomcluster al een metaal is. We zijn er dus in geslaagd om een ​​belangrijke regio te accomoderen waar deze fundamenteel interessante gedragsverandering plaatsvindt."

"Deze experimentele resultaten gaan heel goed samen met wat ons team heeft gezien van computersimulaties op deze systemen, " zei professor Hannu Häkkinen, een co-auteur van de studies en de wetenschappelijk directeur van het nanoscience center. "Mijn team voorspelde dit soort gedrag in 2008-2009 toen we grote verschillen zagen in de elektronische structuur van precies deze nanoclusters. Het is geweldig dat robuuste spectroscopische experimenten deze verschijnselen nu hebben bewezen. In feite, het metaalachtige 144-atoomcluster is nog interessanter, omdat we zojuist een theoretisch artikel hebben gepubliceerd waarin we een grote verbetering zagen van de metallische eigenschappen van slechts een paar koperatomen vermengd met goud."