Volgens het klassieke elektromagnetisme een geladen deeltje dat in een extern magnetisch veld beweegt, ervaart een kracht die het pad van het deeltje cirkelvormig maakt. Deze fundamentele natuurwetten worden benut bij het ontwerpen van cyclotrons die werken als deeltjesversnellers. Wanneer metaaldeeltjes ter grootte van nanometer in een magnetisch veld worden geplaatst, het veld induceert een circulerende elektronenstroom in het deeltje. De circulatiestroom creëert op zijn beurt een intern magnetisch veld dat zich verzet tegen het externe veld. Dit fysieke effect wordt magnetische afscherming genoemd.

De sterkte van de afscherming kan worden onderzocht met behulp van nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie. De interne magnetische afscherming varieert sterk op een atomaire lengteschaal, zelfs in een deeltje ter grootte van een nanometer. Het begrijpen van deze variaties op atoomschaal is alleen mogelijk door gebruik te maken van de kwantummechanische theorie van de elektronische eigenschappen van elk atoom dat het nanodeeltje maakt.

Nutsvoorzieningen, de onderzoeksgroep van professor Hannu Häkkinenin de Universiteit van Jyväskylä, in samenwerking met de Universiteit van Guadalajara in Mexico, een methode ontwikkeld om te berekenen, visualiseren en analyseren van de circulerende elektronenstromen in complexe 3D-nanostructuren. De methode werd toegepast op gouden nanodeeltjes met een diameter van slechts ongeveer één nanometer.

De berekeningen werpen licht op onverklaarde experimentele resultaten van eerdere NMR-metingen in de literatuur over hoe magnetische afscherming in het deeltje verandert wanneer één goudatoom wordt vervangen door één platinaatoom.

Er werd ook een nieuwe kwantitatieve maatstaf ontwikkeld om de aromaticiteit in metalen nanodeeltjes te karakteriseren op basis van de totale geïntegreerde sterkte van de afschermende elektronenstroom.

"Aromaticiteit van moleculen is een van de oudste concepten in de chemie, en het is traditioneel verbonden met ringachtige organische moleculen en met hun gedelokaliseerde valentie-elektronendichtheid die circulatiestromen in een extern magnetisch veld kan ontwikkelen. Echter, algemeen aanvaarde kwantitatieve criteria voor de mate van aromaticiteit ontbraken. Onze methode levert nu een nieuw hulpmiddel op om elektronenstromen te bestuderen en te analyseren met de resolutie van één atoom in een nanostructuur, in principe. De peer reviewers van ons werk beschouwden dit als een belangrijke vooruitgang in het veld, ", zegt professor Häkkinen die het onderzoek coördineerde.