Les scientifiques ont synthétisé des poudres de tétrafluorure de quatre éléments radioactifs :le thorium, uranium, neptunium, et le plutonium. Ces quatre éléments sont des actinides, une série d'éléments lourds et radioactifs. Les poudres de tétrafluorure sont simplement des poudres avec quatre atomes de fluorure par atome d'actinide. Dans cette nouvelle étude, les scientifiques ont sondé les champs magnétiques de ces poudres. Cela a révélé des variations remarquables dans les structures électroniques des poudres même si elles ont des structures cristallines presque identiques. Ces études révèlent la transition des électrons de valence d'un comportement itinérant à un comportement localisé à travers la rangée des actinides du tableau périodique; C'est, pour les atomes d'éléments plus légers de la rangée, les électrons de la couche externe peuvent être partagés avec les voisins, alors que pour les éléments plus lourds, les électrons sont confinés à l'atome. Cette recherche fournit une base pour les études futures des configurations électroniques dans d'autres matériaux avec des structures cristallines similaires.

Les éléments actinides sont essentiels à la production de combustibles nucléaires et d'autres technologies énergétiques. Les scientifiques ont donc besoin de descriptions précises des structures électroniques de ces éléments. Cela aidera les chercheurs à développer les futurs combustibles nucléaires, supraconducteurs, et d'autres matériaux. Cette étude présente une nouvelle façon de cartographier l'évolution distinctive de la structure électronique dans les éléments actinides. Les études futures chercheront des descriptions théoriques qui relient les observations expérimentales aux structures sous-jacentes.

Les éléments actinides tels que l'uranium et le plutonium jouent un rôle de premier plan dans les technologies de l'énergie et de la défense. Cependant, les avancées scientifiques nécessaires pour réaliser le plein potentiel de ces technologies se heurtent à des problèmes théoriques complexes dans l'analyse des éléments lourds. L'utilisation de ces technologies de pointe se heurte également à des difficultés pratiques en raison des mesures particulières requises pour gérer le risque radioactif. Dans cette étude, les chercheurs ont synthétisé une série de poudres radioactives de tétrafluorure d'actinide. Ces éléments (thorium, uranium, neptunium, et le plutonium) relient les extrémités lourde et légère de la rangée des actinides du tableau périodique et présentent des structures cristallines identiques pour la forme tétrafluorure. Les scientifiques ont ensuite sondé les structures électroniques de l'actinide tétrafluorure en cartographiant les champs locaux à l'aide de la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN). Des expériences spectroscopiques ont été réalisées dans l'installation de résonance magnétique nucléaire radiologique du laboratoire de traitement radiologique, qui abrite une instrumentation personnalisée pour l'analyse d'échantillons radioactifs, comprenant deux spectromètres RMN et un spectromètre à résonance quadripolaire nucléaire à large bande. Ce travail peut être utilisé comme guide pour les futures études de corrélation électronique des éléments du bloc f.