Des chercheurs de l'Université Brown et des collaborateurs de l'Université Tsinghua en Chine ont montré que les nanoclusters fabriqués à partir d'éléments de bore et de lanthanide forment des structures très stables et symétriques avec des propriétés magnétiques intéressantes.

Les résultats, Publié dans Actes de l'Académie nationale des sciences le lundi, 9 juillet suggèrent que ces nanoclusters peuvent être utiles comme aimants moléculaires ou assemblés en nanofils magnétiques. La recherche permet également de faire la lumière sur la structure et la liaison chimique des lanthanides de bore en vrac, ce qui peut aider à l'ingénierie de nouveaux matériaux de borure.

"Les lanthanides de bore sont une classe importante de matériaux utilisés dans l'électronique et d'autres applications, mais les nanoclusters de lanthanides de bore n'ont pas été étudiés, " dit Lai-Sheng Wang, professeur de chimie à Brown et auteur principal d'un article décrivant le travail. "Nous venons de commencer à étudier ces nanoclusters, et ici, nous montrons qu'ils peuvent avoir une structure intéressante de « sandwich inverse » avec la bonne combinaison d'atomes de bore et de lanthanide. »

La structure, un anneau d'atomes de bore liés avec un seul atome de lanthanide lié de chaque côté, a émergé en grappes composées de huit atomes de bore et de deux atomes de lanthane ou de praséodyme (tous deux membres du groupe des lanthanides du tableau périodique). Les structures sandwich - des complexes dans lesquels deux molécules d'hydrocarbures aromatiques planaires entourent un seul atome de métal - sont bien connues en chimie et leur découverte a remporté un prix Nobel en 1973. Les structures sandwich inverses sont connues pour se former dans les complexes moléculaires uranium-organiques, Wang dit, mais c'est la première fois que la structure est observée dans les lanthanides de bore.

Le laboratoire de Wang a utilisé une technique appelée spectroscopie photoélectronique pour étudier des nanoclusters constitués de différents éléments chimiques. La technique consiste à zapper des amas atomiques avec un laser à haute puissance. Chaque zap fait sortir un électron de l'amas. En mesurant l'énergie cinétique de ces électrons libérés, les chercheurs peuvent comprendre comment les atomes d'un amas sont liés entre eux et en déduire la structure physique de l'amas. Pour trouver les structures, Wang a comparé les spectres de photoélectrons aux calculs théoriques effectués par le chimiste quantique, le professeur Jun Li et ses étudiants de Tsinghua.

"Nous avons découvert que les amas constitués de huit atomes de bore et de deux atomes de lanthanide sont hautement symétriques, comme l'indiquent leurs schémas spectraux simples, " dit Wang. " En chimie, chaque fois que nous trouvons quelque chose de très symétrique, c'est très excitant."

Cette symétrie est produite, Wang a dit, par la nature des liaisons chimiques qui maintiennent la structure ensemble. La nature de ces liaisons rend également les amas hautement magnétiques. Cela pourrait les rendre utiles dans les applications nano-électroniques ou ailleurs.

La recherche permet également de faire la lumière sur les borures en vrac, dit Wang.

"Cela nous donne une nouvelle façon de comprendre la liaison et la structure des matériaux de borure, " dit-il. " En étudiant de petites unités, nous pouvons avoir un aperçu du système en vrac, et je pense que nous avons acquis une partie de cette perspicacité ici."