ENGINEERINGNET.BE - Experimenten en geavanceerde berekeningen van KU Leuven hebben aangetoond dat vrijstaande clusters van twintig goudatomen de vorm van een piramide aannemen. Ze hebben een driehoekig grondvlak van tien netjes gestapelde atomen, dan driehoekige laagjes van zes en drie atomen, met tenslotte een enkel atoom er bovenop.
Deze merkwaardige tetrahedrale structuur werd in beeld gebracht met een bewegendesonde-microscoop. Dit toestel brengt individuele atomen in beeld. Het werkt bij extreem koude temperaturen (269 graden onder nul) en gebruikt kwantumtunneling van een elektrische stroom vanuit een scherpe bewegende sonde doorheen de cluster en naar het substraat. Bij kwantumtunneling vloeit er een elektrische stroom tussen twee geleiders zonder fysiek contact tussen de twee geleiders.
Onderzoekers hebben in een complexe opstelling onder vacuüm intense plasma’s gebruikt om goudatomen te sputteren van een macroscopisch stukje goud. Een aantal atomen klitten daarna terug samen en vormen clusters bestaande uit enkele tot enkele tientallen atomen, in een proces dat vergelijkbaar is met de condensatie van watermoleculen tot druppels.
Hieruit selecteerden de onderzoekers een bundel van clusters die uit exact twintig goudatomen bestaan. Zij plaatsten deze clusters met één van de driehoekige zijvlakken op een substraat waarop vooraf een zeer dunne laag keukenzout was aangebracht, precies drie atoomlagen dik.
De studie toonde ook de merkwaardige elektronische structuur van deze kleine driehoekige gouden piramide. Heel gelijkaardig aan edelgasatomen of aromatische moleculen, heeft deze cluster alleen maar gevulde elektronenschillen, waardoor ze veel minder reactief zijn dan clusters met één of meerdere atomen meer of minder.
Dankzij de informatie uit deze studie kunnen wetenschappers de katalytische en optische werking van kleine goudclusters verder bestuderen. Als katalysator bijvoorbeeld zouden de goudclusters de snelheid van chemische reacties kunnen beïnvloeden zonder zelf verbruikt te worden.
Recent werden onder meer toepassingen van clusters voorgesteld in brandstofcellen en koolstofvangst.
