Large gold nanoclusters are surprisingly stable paramagnets — ABC Chemicals

Исследователи определили парамагнитное поведение в нанокластере золота — крупнейшем из известных еще парамагнетиков в своем роде.¹

Нанокластеры золота — сложное расположение атомов золота, часто в сочетании с органическими лигандами — находятся на границе между молекулами и объемными металлами. В частности, валентные электроны остаются в некоторой степени связанными со своими атомами, а не бегут свободно, как в металле.

Такие нанокластеры демонстрируют множество интригующих оптических и электронных свойств, но знание их магнитного поведения часто отстает. Специалист по нанотехнологиям Рунчао Цзинь и эксперт по магнетизму Майкл Хендрич создали давнее партнерство, пытаясь разгадать эти пропущенные магнитные загадки.

«Более 10 лет назад профессор Джин спросил меня:« Можете ли вы доказать, является ли эта частица парамагнитной? » И я подумал, наверное, это было сделано очень давно. Но, к моему удивлению, это не было сделано », — говорит Хендрих.

Рассматриваемая частица содержала 25 атомов золота, и ученые успешно показали, что да, она была парамагнитной.² Десятилетие спустя пара, возглавляющая команду в Университете Карнеги-Меллона в США, обнаружила парамагнетизм в гораздо большем Au₁₃₃(TBBT)₅₂, кластер атомов золота и 4-трет-бутилбензолтиолатные лиганды.

Большинство крупных нанокластеров золота обладают четным числом валентных электронов — 80, 84, 166… — поэтому не могут быть парамагнитными. Это потому, что электроны спариваются, так что их магнитные спины сводятся на нет. Но Au₁₃₃(TBBT)₅₂ выделяется наличием 81 валентного электрона, нечетное число, в результате чего один электрон не может найти партнера. Именно этот нечетный выход электронов обеспечивает парамагнетизм.

Похоже, что этот кластер не просто нечетный по числу, но и нечетный по своей природе. «Нечетные числа имеют меньше симметрий, которые могли бы конденсироваться в стабильную молекулу, поэтому они менее вероятны, чем четные числа», — объясняет Хендрих.

«Удивительно, но он очень стабилен», — говорит Джин, добавляя, что кластер может найти применение в магнитно-резонансной томографии, спинтронике и даже в квантовых вычислениях. Однако до конкретных приложений еще далеко, но открытие вызывает интерес сам по себе.

«Это очень тщательное исследование, очень подробное исследование», — говорит Тревор Хейтон, который изучает нанокластеры меди в Университете Калифорнии, Санта-Барбара, США. «Они предоставляют много информации, более подробно, чем кто-либо мог предоставить об этих типах парамагнитных кластеров. Это очень приятно видеть.

Патриция Ривас Рохас, исследователь, работающий над магнитными наночастицами в Национальном университете имени генерала Сан-Мартин, Аргентина, также отмечает деликатный и точный характер работы. «Небольшое изменение количества атомов приводит к значительному изменению свойств», — говорит она. «Очень интересно работать в поле, которое лежит между атомами и материалами, какими мы его знаем».