Lorsque les atomes métalliques forment de petits amas d'une taille particulière, ils présentent des caractéristiques électromagnétiques intéressantes et potentiellement utiles, qui sont différents de ceux du métal en vrac réel. Pour explorer pleinement le potentiel de ces propriétés, il est nécessaire de trouver des moyens d'assembler des structures macroscopiques précises à partir de ces clusters. Mais, comment ces clusters se lient-ils, et qu'est-ce qui dicte exactement leurs propriétés ? Ces questions sont restées sans réponse, jusqu'à maintenant.

Dans une nouvelle étude publiée dans Horizons de matériaux , chercheurs de l'Université des sciences de Tokyo, dirigé par le professeur Yuichi Negishi, part à la recherche de ces réponses. Le professeur Negishi explique la motivation de cette étude, "Des études antérieures ont montré que les clusters d'or peuvent former des structures connectées unidimensionnelles (1D-CS) qui sont liées via un seul atome d'or dans chaque cluster. Alors que l'assemblage de clusters métalliques protégés par un ligand est une approche intéressante pour réaliser de nouvelles propriétés et fonctions physiques , les facteurs nécessaires à la formation de 1D-CS sont actuellement mal compris. » Ce nouvel article de recherche passionnant a été sélectionné pour faire la couverture du prochain numéro de la revue.

Pour commencer, les chercheurs voulaient voir comment les interactions de ligands intra-amas dictent la formation d'amas métalliques. Pour ça, ils se sont concentrés sur un type particulier de cluster métallique protégé par un ligand appelé "cluster d'alliage or-platine protégé par un thiolate (SR) ([Au 4 pt 2 (SR) 8 ] 0 ), " car il avait différents types de distributions de ligands. Grâce à des techniques telles que l'analyse structurelle aux rayons X sur un monocristal, les chercheurs ont découvert que ces amas métalliques se lient les uns aux autres via des liaisons d'atomes d'or, et ces liaisons forment 1D-CS en fonction des forces d'attraction et de répulsion causées par les interactions de ligands inter-clusters. Ils ont également constaté que ces interactions sont affectées par la façon dont les ligands sont distribués sur les clusters et les angles qu'ils forment.

Plus précisement, lorsque les ligands étaient uniformément répartis autour de l'amas métallique (ce qui indique des forces de répulsion entre les ligands), les forces de répulsion entre les différents amas métalliques étaient également plus élevées, empêchant ainsi la formation de 1D-CS. Le professeur Negishi explique, "Nous avons trouvé que la distribution des ligands dans [Au 4 pt 2 (SR) 8 ] 0 change en fonction de la structure du ligand et que les différences dans les distributions des ligands influencent les interactions de ligands inter-clusters. Ainsi, nous devons concevoir des interactions de ligand intra-cluster pour produire 1D-CS avec les structures de connexion souhaitées." En fait, par d'autres analyses, les scientifiques ont même découvert que la formation de 1D-CS avait un effet sur la structure électronique globale des clusters métalliques, même affecter leur conductivité.

Ces résultats servent de lignes directrices pour ceux qui tentent de créer 1D-CS pour tirer parti du potentiel des assemblages de grappes métalliques. Une application notable des clusters métalliques, déclare le professeur Negishi, est la fabrication d'un câblage plus fin. Il dit, « Il est difficile de dessiner un câblage plus fin en utilisant la technologie descendante conventionnelle ; heureusement, les progrès dans le domaine des nanoclusters métalliques permettront le développement d'une technologie ascendante pour dessiner un câblage plus fin."

Cette étude ouvre la voie à des améliorations significatives des systèmes et dispositifs électroniques sophistiqués. De plus, ces découvertes serviront de phare pour les scientifiques travaillant dans les domaines de la nanotechnologie et de la nanoingénierie.