Selon l'électromagnétisme classique, une particule chargée se déplaçant dans un champ magnétique externe subit une force qui rend la trajectoire de la particule circulaire. Cette loi fondamentale de la physique est exploitée dans la conception de cyclotrons qui fonctionnent comme des accélérateurs de particules. Lorsque des particules métalliques de taille nanométrique sont placées dans un champ magnétique, le champ induit un courant d'électrons circulant à l'intérieur de la particule. Le courant circulant crée à son tour un champ magnétique interne qui s'oppose au champ externe. Cet effet physique est appelé blindage magnétique.

La force du blindage peut être étudiée en utilisant la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN). Le blindage magnétique interne varie fortement à l'échelle de la longueur atomique, même à l'intérieur d'une particule de taille nanométrique. La compréhension de ces variations à l'échelle de l'atome n'est possible qu'en utilisant la théorie de la mécanique quantique des propriétés électroniques de chaque atome constituant la nanoparticule.

Maintenant, le groupe de recherche du professeur Hannu Häkkinenin de l'Université de Jyväskylä, en collaboration avec l'Université de Guadalajara au Mexique, a développé une méthode de calcul, visualiser et analyser les courants d'électrons circulant à l'intérieur de nanostructures 3D complexes. La méthode a été appliquée à des nanoparticules d'or d'un diamètre d'environ un nanomètre seulement.

Les calculs ont mis en lumière les résultats expérimentaux inexpliqués des mesures RMN précédentes dans la littérature concernant la façon dont le blindage magnétique à l'intérieur de la particule change lorsqu'un atome d'or est remplacé par un atome de platine.

Une nouvelle mesure quantitative pour caractériser l'aromaticité à l'intérieur des nanoparticules métalliques a également été développée sur la base de la force intégrée totale du courant d'électrons de protection.

"L'aromaticité des molécules est l'un des concepts les plus anciens de la chimie, et il a été traditionnellement connecté à des molécules organiques en forme d'anneau et à leur densité électronique de valence délocalisée qui peuvent développer des courants circulants dans un champ magnétique externe. Cependant, les critères quantitatifs généralement acceptés pour le degré d'aromaticité ont fait défaut. Notre méthode donne maintenant un nouvel outil pour étudier et analyser les courants d'électrons à la résolution d'un atome à l'intérieur de n'importe quelle nanostructure, en principe. Les pairs examinateurs de nos travaux ont considéré cela comme une avancée significative dans le domaine, " explique le professeur Häkkinen qui a coordonné la recherche.