Des chercheurs du Nanoscience Center de l'Université de Jyväskylä, Finlande, ont montré que des changements spectaculaires dans les propriétés électroniques de morceaux d'or de la taille du nanomètre se produisent dans une gamme de tailles bien définie. De petits nanoclusters d'or pourraient être utilisés, par exemple, dans le stockage à court terme d'énergie ou de charge électrique dans le domaine de l'électronique moléculaire. Financé par l'Académie de Finlande, les chercheurs ont pu obtenir de nouvelles informations qui sont importantes, entre autres, dans le développement de la bio-imagerie et de la détection basées sur des amas métalliques.

Deux articles récents des chercheurs de Jyväskylä démontrent que les propriétés électroniques de deux nanoclusters d'or différents mais toujours assez similaires peuvent être radicalement différentes. Les grappes ont été synthétisées par des méthodes chimiques incorporant une couche de ligand stabilisant à leur surface. Les chercheurs ont découvert que la plus petite grappe, avec jusqu'à 102 atomes d'or, se comporte comme une molécule géante tandis que la plus grosse, avec au moins 144 atomes d'or, se comporte déjà, en principe, comme un morceau de métal macroscopique, mais en taille nanométrique.

Le comportement fondamentalement différent de ces deux nanoclusters d'or de tailles différentes a été démontré en projetant une lumière laser sur des échantillons de solution contenant les clusters et en surveillant la façon dont l'énergie se dissipe des clusters dans le solvant environnant.

"Les molécules se comportent radicalement différemment des métaux, " a déclaré le professeur Mika Pettersson, le chercheur principal de l'équipe menant les expériences. "L'énergie supplémentaire de la lumière, absorbé par les amas métalliques, des transferts à l'environnement extrêmement rapides, en un cent milliardième de seconde environ, tandis qu'un cluster semblable à une molécule est excité à un état d'énergie plus élevé et dissipe l'énergie dans l'environnement avec un taux qui est au moins 100 fois plus lent. C'est exactement ce que nous avons vu :l'amas d'atomes d'or de 102 est une molécule géante présentant même un état magnétique transitoire alors que l'amas d'atomes d'or de 144 est déjà un métal. Nous avons ainsi réussi à encadrer une région de taille importante où se produit ce changement de comportement fondamentalement intéressant. »

"Ces résultats expérimentaux vont très bien avec ce que notre équipe a vu des simulations numériques sur ces systèmes, " a déclaré le professeur Hannu Häkkinen, co-auteur des études et directeur scientifique du centre des nanosciences. "Mon équipe a prédit ce type de comportement en 2008-2009 lorsque nous avons vu de grandes différences dans la structure électronique de ces nanoclusters. C'est merveilleux que des expériences spectroscopiques robustes aient maintenant prouvé ces phénomènes. En fait, l'amas métallique de 144 atomes est encore plus intéressant, puisque nous venons de publier un article théorique où nous avons vu une grande amélioration des propriétés métalliques de quelques atomes de cuivre mélangés à de l'or."