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硼镧系纳米簇中首次发现“反夹心”结构

[发布时间:2018-07-30 23:29:00 ][阅读次数:551次]

新的研究表明,硼和镧系原子的原子簇形成了一种有趣且稳定的“反夹心”结构。来自中国清华大学和布朗大学的研究人员已经表明,由硼和镧系元素组成的纳米簇形成了高度稳定的对称结构,这种材料的磁性显得非常有趣。

这项研究结果发表在《美国国家科学院院刊》的一篇论文中,这篇文章认为这些纳米团簇可以用来作为分子磁体或者组装成磁性纳米线。这项研究有助于揭示大量硼镧系元素的结构和化学键,也有助于新硼化物材料的工程化。

“硼镧系元素是电子学和其他应用中非常重要的材料,但硼镧系元素的纳米簇还没有被研究过,”布朗大学化学教授Lai-Sheng Wang和该论文的资深作者说。我们刚刚开始研究这些纳米团簇,在这里我们可以看到它们具有一个有趣的“反夹心”结构,这种结构才是硼和镧原子的正确组合。

这种结构是一个键合的硼原子环,每一侧都结合了一个镧系元素原子,这些原子簇是由八个硼原子和两个镧或镨原子(周期表中镧系元素的两个成员)组成的。目前,两个平面芳香烃分子围绕一个金属原子的复合物,是我们所熟知的一种三明治结构这个三明治结构的发现在1973获得了诺贝尔奖。Wang说,已知在有机-有机分子络合物中形成了反相夹心结构,但这是首次在硼镧系元素中发现这种结构。

Wang的实验室使用一种叫做光电子能谱的技术来研究由不同化学元素组成的纳米团簇。这项技术包括用高功率激光器来溅射原子团。每个ZAP将电子从纳米簇中敲出来。通过测量这些自由电子的动能,研究人员可以理解原子团中的原子如何结合在一起,并推断团簇的物理结构。为了找到这些结构,Wang将自己的结果与量子化学家Jun Li的工作进行了比较,他的学生在清华大学做了光电子能谱和相应的理论计算。

Wang说:“我们发现由八个硼和两个镧系元素组成的原子团是高度对称的,这是由它们简单的光谱模式推断出来的。”在化学中,每当我们发现某种高度对称的东西时,都是非常令人兴奋的。

这种对称性是由结构结合在一起的化学键的性质产生的。这些键的性质也使得团簇具有高度的磁性,这使得它们可以用于纳米电子应用或其他领域,Wang说。

这项研究也有助于揭示大体积的硼化物。这为我们理解硼化物材料的键合和结构提供了一种新的途径。通过研究这些小单元,我们可以深入了解大规模材料的系统,我认为我们在这里获得了一些新的发现,Wang说。

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