Grappoli di atomi d'oro formano una piramide

I ricercatori hanno scoperto che i cluster indipendenti di venti atomi d'oro hanno la forma di una piramide. Ciò è in contrasto con la maggior parte degli elementi, che si organizzano formando conchiglie attorno a un atomo centrale.

Uno studio, pubblicato su Science Advances, (1) suggerisce che i cluster composti da alcuni atomi tendono ad essere sferici. Di solito sono organizzati in gusci di atomi attorno a un atomo centrale. Questo è il caso di molti elementi, ma non dell'oro! Esperimenti e calcoli avanzati hanno dimostrato che i gruppi indipendenti di venti atomi d'oro assumono una forma piramidale. Hanno un piano triangolare costituito da dieci atomi disposti ordinatamente, con triangoli aggiuntivi di sei e tre atomi, sormontati da un singolo atomo [vedi figura in cui un modello di venti arance viene confrontato con la struttura teorica e sperimentale].

La straordinaria struttura tetraedrica è stata ora ripresa per la prima volta con un microscopio a tunnel a scansione. Questo microscopio ad alta tecnologia può visualizzare singoli atomi. Funziona a temperature estremamente basse (269 gradi sotto zero) e utilizza il tunneling quantico di una corrente elettrica da una punta metallica a scansione acuta attraverso il cluster e nel supporto. Il tunneling quantistico è un processo in cui la corrente elettrica scorre tra due conduttori senza alcun contatto fisico tra di loro.

I ricercatori hanno utilizzato intensi plasmi in una complessa configurazione della camera a vuoto per spruzzare atomi d'oro da un pezzo macroscopico di oro.

La dottoressa Zhe Li, (2) il principale autrice dell'articolo, attualmente al Istituto di tecnologia di Harbin Shenzhen, spiega: «Parte degli atomi sputtered crescono insieme in piccole particelle da poche fino a poche decine di atomi, a causa di un processo paragonabile alla condensazione di molecole d'acqua in goccioline. Abbiamo selezionato un fascio di ammassi costituito da esattamente venti atomi d'oro. Abbiamo atterrato queste specie con una delle sfaccettature triangolari su un substrato coperto da uno strato molto sottile di sale da cucina (NaCl), precisamente tre strati di atomi di spessore.»

Lo studio ha anche rivelato la peculiare struttura elettronica della piccola piramide d'oro. Simile agli atomi di gas nobili o alle molecole aromatiche, il cluster ha solo orbitali di elettroni completamente riempiti, il che li rende molto meno reattivi rispetto ai cluster con uno o pochi atomi in più o in meno.

I grappoli d'oro che vanno da alcune a diverse decine di atomi di dimensioni sono noti per possedere proprietà notevoli.

La nuova scoperta aiuta gli scienziati a valutare le prestazioni catalitiche e ottiche di questi cluster, che è rilevante per la progettazione di catalizzatori e dispositivi ottici basati su cluster. Le recenti applicazioni dei cluster comprendono l'utilizzo nelle celle a combustibile e la cattura del carbonio.

Riferimenti:

(1) Unraveling the atomic structure, ripening behavior, and electronic structure of supported Au₂₀ clusters

(2) Zhe Li

Descrizione foto: Un modello di 20 arance viene confrontato con la struttura teorica e sperimentale. - Credit: KU Leuven.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: https://nieuws.kuleuven.be/en/content/2020/clusters-of-gold-atoms-form-peculiar-pyramidal-shape