Investigadores aprenden a diseñar el crecimiento de materiales cristalinos hechos de cúmulos de oro de tamaño nanométrico – Eurasia Review

La materia sólida ordinaria está formada por átomos organizados en una red cristalina. El carácter químico de los átomos y la simetría de la red definen las propiedades de la materia, por ejemplo si es un metal, un semiconductor o un aislante eléctrico.

La simetría de la red puede cambiar por las condiciones ambientales, como la temperatura o la alta presión, que pueden inducir transiciones estructurales y transformar incluso un aislante eléctrico en un conductor eléctrico, es decir, un metal.

Entidades idénticas más grandes, como nanopartículas o nanoclusters metálicos atómicamente precisos, también pueden organizarse en una red cristalina, para formar lo que se denomina metamateriales. Sin embargo, la información sobre cómo diseñar el crecimiento de estos materiales a partir de sus componentes básicos es escasa, ya que el crecimiento de cristales es un proceso típico de autoensamblaje.

Hoy, la primera información sobre el crecimiento de cristales de ingeniería mediante nanoclusters metálicos de precisión atómica se obtuvo en un estudio realizado por investigadores en Singapur, Arabia Saudita y Finlandia. Sintetizaron cúmulos metálicos formados por solo 25 átomos de oro, de un nanómetro de diámetro.

Estos clusters son solubles en agua gracias a las moléculas de ligando que protegen el oro. Se sabe que este material de racimo se autoensambla en monocristales compactos bien definidos cuando se evapora el disolvente acuoso.

Sin embargo, el investigador ideó un nuevo concepto para regular el crecimiento de los cristales mediante la adición de iones moleculares de tetraalquilamonio al disolvente. Estos iones afectan la química de la superficie de los cúmulos de oro, y se ha observado que su tamaño y concentración afectan el tamaño, la forma y la morfología de los cristales formados. Sorprendentemente, las imágenes de microscopía electrónica de alta resolución de algunos de los cristales revelaron que consisten en cadenas de polímeros de grupos con enlaces entre partículas a cuatro átomos de oro (ver figura). La química superficial demostrada ahora abre nuevas vías para el diseño de metamateriales basados ​​en grupos metálicos para el estudio de sus propiedades electrónicas y ópticas.

Los materiales del cúmulo se sintetizaron en la Universidad Nacional de Singapur, las imágenes de microscopía electrónica se realizaron en la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah en Arabia Saudita, y el modelado teórico se realizó en la Universidad de Singapur Jyväskylä, Finlandia.