Megkezdődött a szuperatom-kémia korszaka

Szuperatomokat, egyetlen atomként viselkedő különleges atomcsoportokat hoznak létre és vizsgálnak Hollandiában a delfti műszaki egyetemen. A kutatók reményei szerint a következő lépésben kristályokat hoznak létre ezekből az atomcsoportokból. Arra számítanak, hogy ezek a kristályok új, különleges mágneses, optikai és elektromos tulajdonságot mutatnak majd.

Az első felfedezés Shiv N. Khanna (Virginia Commonwealth University) és A. W. Castleman Jr. (Penn State University) nevéhez fűződik. 2005-ben a Science hasábjain közölték, hogy olyan alumínium-atomcsoportokat találtak, amelyeknek a kémiai tulajdonságai egyetlen atom tulajdonságaira hasonlítottak. Más-más elemhez hasonlított az alumíniumcsoport attól függően, hogy a csoport hány tagból állt (hány alumíniumatomot tartalmazott).

Volt olyan csoport, a 13 Al-atomból álló, amely halogén elemre (pl. jódra), és volt olyan (az előbbinél mindössze egyetlen atommal nagyobb 14-es csoport), amely alkáliföldfémre emlékeztetett. Különleges tulajdonságokat mutatott a 13-as csoport, ha jódatomhoz kapcsolták. A csoporton több elektromos töltésű tartomány jelent meg, ezért kiválóan alkalmas lehet kémiai folyamatok katalizálására.

Megállapították, hogy egyes alumíniumcsoportok, például a 13, 23 vagy 37 atomból álló csoportok rendkívül stabilak. Ezeket a csoportokat úgy vette körbe néhány elektron, mint ahogy egyetlen atom körül mozognak az elektronok. Néhány elektron tehát az egész csoportot egységbe fogta, az elektronszerkezet a csoportoknál is az atomoknál jól ismert héjszerkezetet mutatta. A csoportok stabilitását az alkotóelemek térbeli elrendeződésére és az elektronszerkezetre vezették vissza.

A kutatók a nanoméretekben zajló szintézis gyakorlati alkalmazására is gondoltak, elsősorban az orvostudományban, az élelmiszergyártásban és a fényképezésben láttak lehetőséget.

A szuperatomok előállítására azonban nem volt jó módszerük, ezt a hollandiai Delft műszaki egyetemének kutatói dolgozták ki, A. Schmidt-Ott professzor vezetésével. Spirálisan feltekert ezüstdrótot hevítettek vákuumban mintegy 900 Celsius-fokra.

Az olvadási ponthoz közeli hőmérsékleten az ezüstatomok elpárologtak, ezüstköd, ezüstpára jelent meg, majd a ködfelhő atomjai összekapcsolódtak egymással. Az ezüstcsoportok között a 9, 13 vagy 55 atomot tartalmazó csoportok bizonyultak nagyon stabilnak energetikailag.

A kutatók reményei szerint a következő lépésben kristályokat hoznak létre ezekből az atomcsoportokból. Arra számítanak, hogy ezek a kristályok új, különleges mágneses, optikai és elektromos tulajdonságot mutatnak majd.

Schmidt-Ott szerint sokféle, egyelőre felfedezésre váró stabil szuperatom létezhet. Elsősorban 100-nál kisebb csoportokat várnak, mert ekkora méretekben még számíthat, hogy a csoporthoz hozzáadnak vagy elvesznek egy atomot. Schmidt-Ott és az alumínium szuperatomokat felfedező Shiv Khanna együtt folytatja szuperatomok kutatását.