La découverte de nanostructures de carbone comme le graphène bidimensionnel et les buckyballs en forme de ballon de football a contribué à lancer une révolution nanotechnologique. Dans les années récentes, des chercheurs de l'Université Brown et d'ailleurs ont montré que le bore, voisin du carbone sur le tableau périodique, peut faire des nanostructures intéressantes aussi, comprenant du borophène bidimensionnel et une structure de cage creuse de type buckyball appelée borosphèrene.

Maintenant, des chercheurs des universités Brown et Tsinghua ont ajouté une autre nanostructure de bore à la liste. Dans un article publié en Communication Nature , ils montrent que des amas de 18 atomes de bore et de trois atomes d'éléments lanthanides forment une structure étrange en forme de cage, différente de tout ce qu'ils ont jamais vu.

"Ce n'est tout simplement pas un type de structure que vous vous attendez à voir en chimie, " dit Lai-Sheng Wang, professeur de chimie à Brown et auteur principal de l'étude. "Lorsque nous avons écrit l'article, nous avons vraiment eu du mal à le décrire. C'est essentiellement un trièdre sphérique. Normalement, vous ne pouvez pas avoir une structure tridimensionnelle fermée avec seulement trois côtés, mais comme c'est sphérique, Ça marche."

Les chercheurs espèrent que la nanostructure pourra faire la lumière sur la structure en vrac et le comportement de liaison chimique des lanthanides de bore, une classe importante de matériaux largement utilisés dans l'électronique et d'autres applications. La nanostructure en elle-même peut également avoir des propriétés intéressantes, disent les chercheurs.

« Les éléments lanthanides sont des matériaux magnétiques importants, chacun avec des moments magnétiques très différents, " Wang a dit. " Nous pensons que l'un des lanthanides fera cette structure, ils pourraient donc avoir des propriétés magnétiques très intéressantes."

Wang et ses étudiants ont créé les amas de lanthanide-bore en focalisant un puissant laser sur une cible solide constituée d'un mélange de bore et d'un élément de lanthanide. Les amas se forment lors du refroidissement des atomes vaporisés. Ensuite, ils ont utilisé une technique appelée spectroscopie photoélectronique pour étudier les propriétés électroniques des clusters. La technique consiste à zapper des amas d'atomes avec un autre laser de haute puissance. Chaque zap fait sortir un électron de l'amas. En mesurant les énergies cinétiques de ces électrons libérés, les chercheurs peuvent créer un spectre d'énergies de liaison pour les électrons qui lient l'amas ensemble.

"Quand on voit un simple, beau spectre, nous savons qu'il y a une belle structure derrière, " a dit Wang.

Pour comprendre à quoi ressemble cette structure, Wang a comparé les spectres de photoélectrons avec les calculs théoriques effectués par le professeur Jun Li et ses étudiants de Tsinghua. Une fois qu'ils ont trouvé une structure théorique avec un spectre de liaison qui correspond à l'expérience, ils savent qu'ils ont trouvé la bonne structure.

"Cette structure était quelque chose que nous n'aurions jamais prévu, " a dit Wang. " C'est la valeur de combiner le calcul théorique avec des données expérimentales. "

Wang et ses collègues ont baptisé les nouvelles structures métallo-borosphèrenes, et ils espèrent que d'autres recherches révéleront leurs propriétés.