Des amas autonomes de 20 atomes d'or prennent la forme d'une pyramide, des chercheurs ont découvert. Cela contraste avec la plupart des éléments, qui s'organisent en formant des coquilles autour d'un atome central. L'équipe de chercheurs dirigée par la KU Leuven a publié ses résultats dans Avancées scientifiques .

Les amas atomiques composés de quelques atomes ont tendance à être sphériques. Ils sont généralement organisés en couches d'atomes autour d'un atome central. C'est le cas pour de nombreux éléments, mais pas pour l'or, comme il s'avère. Des expériences et des calculs avancés ont montré que des amas autonomes de 20 atomes d'or prennent une forme pyramidale. Ils ont un plan de masse triangulaire composé de 10 atomes soigneusement disposés, avec des triangles supplémentaires de six et trois atomes, surmonté d'un seul atome [voir figure où un modèle de vingt oranges est comparé à la structure théorique et expérimentale].

La structure tétraédrique remarquable a maintenant été imagée pour la première fois avec un microscope à effet tunnel. Ce microscope de haute technologie peut visualiser des atomes isolés. Il fonctionne à des températures extrêmement basses (269 degrés en dessous de zéro) et utilise l'effet tunnel quantique d'un courant électrique à partir d'une pointe métallique de balayage pointue à travers le cluster et dans le support. L'effet tunnel quantique est un processus où le courant électrique circule entre deux conducteurs sans aucun contact physique entre eux.

Les chercheurs ont utilisé des plasmas intenses dans une chambre à vide complexe pour pulvériser des atomes d'or à partir d'un morceau d'or macroscopique. "Une partie des atomes pulvérisés se développent ensemble en petites particules de quelques à quelques dizaines d'atomes, en raison d'un processus comparable à la condensation des molécules d'eau en gouttelettes, " dit Zhe Li, l'auteur principal de l'article, actuellement à l'Institut de technologie de Harbin, Shenzhen. "Nous avons sélectionné un faisceau d'amas constitué d'exactement vingt atomes d'or. Nous avons posé ces espèces avec l'une des facettes triangulaires sur un substrat recouvert d'une très fine couche de sel de cuisine (NaCl), précisément trois couches d'atomes d'épaisseur."

L'étude a également révélé la structure électronique particulière de la petite pyramide d'or. Semblable aux atomes de gaz noble ou aux molécules aromatiques, l'amas n'a que des orbitales électroniques complètement remplies, ce qui les rend beaucoup moins réactifs que les amas avec un ou quelques atomes de plus ou de moins.

Les amas d'or dont la taille varie de quelques à plusieurs dizaines d'atomes sont connus pour posséder des propriétés remarquables.

La nouvelle découverte aide les scientifiques à évaluer les performances catalytiques et optiques de ces clusters, ce qui est pertinent pour la conception de catalyseurs et de dispositifs optiques basés sur des clusters. Les applications récentes des clusters comprennent l'utilisation dans les piles à combustible et la capture du carbone.