Wanneer metaalatomen kleine clusters van een bepaalde grootte vormen, ze vertonen interessante en potentieel bruikbare elektromagnetische eigenschappen, die verschillen van die van het eigenlijke bulkmetaal. Om het potentieel van deze eigenschappen volledig te verkennen, het is noodzakelijk om manieren te vinden om precieze macroscopische structuren uit deze clusters te assembleren. Maar, hoe binden deze clusters aan elkaar, en wat bepaalt precies hun eigenschappen? Deze vragen zijn onbeantwoord gebleven, tot nu.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Materialen Horizons , onderzoekers van de Tokyo University of Science, onder leiding van prof. Yuichi Negishi, aan de slag om deze antwoorden te vinden. Prof Negishi legt de motivatie achter deze studie uit, "Eerdere studies hebben aangetoond dat goudclusters eendimensionale verbonden structuren (1D-CS) kunnen vormen die via een enkel goudatoom in elk cluster zijn verbonden. Hoewel het samenstellen van met ligand beschermde metaalclusters een interessante benadering is om nieuwe fysieke eigenschappen en functies te realiseren , de factoren die nodig zijn voor de vorming van 1D-CS worden momenteel slecht begrepen." Dit opwindende nieuwe onderzoeksartikel is geselecteerd om op de omslag van het volgende nummer van het tijdschrift te staan.

Beginnen met, de onderzoekers wilden zien hoe intra-cluster ligand-interacties de vorming van metaalclusters dicteren. Voor deze, ze concentreerden zich op een bepaald type ligand-beschermde metalen cluster genaamd "thiolaat (SR)-beschermde goud-platinalegering cluster ([Au ₄ Pt ₂ (SR) ₈ ] ₀ ), " omdat het verschillende soorten ligandverdelingen had. Door technieken zoals eenkristal X-ray structurele analyse, de onderzoekers ontdekten dat deze metaalclusters aan elkaar hechten via goudatoombindingen, en deze bindingen vormen 1D-CS, afhankelijk van de aantrekkende en afstotende krachten veroorzaakt door interclusterligandinteracties. Ze ontdekten ook dat deze interacties worden beïnvloed door hoe liganden worden verdeeld over de clusters en de hoeken die ze vormen.

Specifieker, wanneer liganden uniform rond het metaalcluster waren verspreid (wat wijst op afstotende krachten tussen liganden), de afstotende krachten tussen verschillende metaalclusters waren ook hoger, waardoor de vorming van 1D-CS wordt voorkomen. Prof Negishi legt uit, "We ontdekten dat de ligandverdeling in [Au ₄ Pt ₂ (SR) ₈ ] ₀ veranderingen afhankelijk van de ligandstructuur en dat verschillen in de verdelingen van de liganden de interclusterligandinteracties beïnvloeden. Dus, we moeten intra-cluster ligand-interacties ontwerpen om 1D-CS te produceren met gewenste verbindingsstructuren." door verdere analyses, de wetenschappers ontdekten zelfs dat de vorming van 1D-CS een effect had op de algehele elektronische structuur van de metalen clusters, zelfs hun geleidbaarheid beïnvloeden.

Deze bevindingen dienen als richtlijnen voor diegenen die 1D-CS proberen te maken om het potentieel van metalen clusterassemblages te benutten. Een opmerkelijke toepassing van metalen clusters, stelt prof. Negishi, is de fabricage van fijnere bedrading. Hij zegt, "Het is een uitdaging om fijnere bedrading te tekenen met behulp van conventionele top-down technologie; gelukkig, vooruitgang op het gebied van metalen nanoclusters zal de ontwikkeling mogelijk maken van bottom-up technologie voor het tekenen van fijnere bedrading."

Deze studie maakt de weg vrij voor aanzienlijke verbeteringen in geavanceerde elektronische systemen en apparaten. Bovendien, deze bevindingen zullen fungeren als een baken voor wetenschappers die werkzaam zijn op het gebied van nanotechnologie en nano-engineering.