Basé sur la méthode du modèle de dendrimère, grappes composées de 3, 12, 13 et un autre nombre d'atomes ont été synthétisés. La nature superatomique de type halogène de Ga13 a été observée structurellement et électrochimiquement comme complètement différente des autres amas. Les résultats de ces amas de gallium ont fourni des candidats pour les superatomes. Crédit : Tokyo Tech
« Superatome » est un nom donné à un groupe d'atomes qui semblent présenter des propriétés similaires à celles des atomes élémentaires. Les scientifiques ont montré un intérêt particulier pour les structures superatomiques, puisqu'ils peuvent être liés à des atomes pour produire des molécules, et potentiellement être utilisé pour substituer certains éléments dans de nombreuses applications.
Mais pour que les superatomes soient utilisés efficacement, ils doivent être spécialement adaptés pour ressembler aux caractéristiques des éléments correspondants. Cette transformation dépend de la combinaison spécifique d'électrons utilisée. Par exemple, lorsqu'un atome d'aluminium avec 3 électrons de valence (électrons de la couche externe pouvant contribuer à la formation de liaisons chimiques) est ajouté au superatome d'aluminium-13, les propriétés changent en celles d'un superatome d'aluminium-14. En raison de cette modifiabilité des superatomes, les étudier et les comprendre davantage est important. Mais les recherches antérieures étaient principalement théoriques, et largement concentré sur des clusters uniques. La recherche n'a pas non plus été en mesure de synthétiser des amas superatomiques avec un volume et une stabilité suffisants pour une application pratique.
Dans une étude récente, scientifiques de Tokyo Tech et ERATO Japon Science et Technologie, dirigé par le Dr Tetsuya Kambe et le professeur Kimihisa Yamamoto, amas fabriqués de l'élément gallium (Ga) en solution pour démontrer les effets du changement du nombre d'atomes dans un amas sur les propriétés de l'amas. L'équipe a synthétisé des clusters de Ga de 3, 12, 13 et d'autres nombres d'atomes à l'aide d'un synthétiseur de superatomes spécialisé. Caractériser et analyser les différences structurelles entre les clusters synthétisés, des images au microscope électronique à transmission ont été capturées et des calculs ont été effectués à l'aide d'outils de calcul.
La spectrométrie de masse a révélé que les amas de 13 et 3 atomes avaient une périodicité superatomique. L'amas de 13 atomes différait des autres amas structurellement et électrochimiquement. Mais l'amas de 3 atomes avec de l'hydrogène (Ga
La capacité de modifier les clusters renforce le concept selon lequel un changement structurel peut être induit dans les superatomes. Décrivant les implications de leurs découvertes, les scientifiques expliquent :"Ces séries de résultats démontrent qu'il est possible de changer les électrons de valence dans les amas superatomiques en solution en contrôlant le nombre d'atomes constitutifs. Cela permet à son tour la conception et la préparation de superatomes."
Cette étude ouvre la voie à de futures recherches pour étudier l'utilisation des superatomes comme substituts des éléments. Comme le Dr Kambe, Le professeur Yamamoto et son équipe réitèrent, "le superatome révèle une stratégie attrayante pour créer de nouveaux blocs de construction grâce à l'utilisation de structures de cluster."
