Se ha descubierto una nueva nanoestructura de boro y lantánidos

Un nanocluster recientemente descubierto tiene una geometría que "no ha sido observada en la química hasta ahora", dicen los investigadores.

01.07.2020 - Estados Unidos

El descubrimiento de nanoestructuras de carbono como el grafeno bidimensional y los balones de fútbol ayudó a lanzar una revolución nanotecnológica. En los últimos años, investigadores de la Universidad de Brown y de otros lugares han demostrado que el boro, vecino del carbono en la tabla periódica, también puede hacer nanoestructuras interesantes, incluyendo el borofeno bidimensional y una estructura de jaula hueca en forma de bola de fútbol llamada borosfereno.

Ahora, los investigadores de la Universidad de Brown y Tsinghua han añadido otra nanoestructura de boro a la lista. En un artículo publicado en Nature Communications, muestran que los cúmulos de 18 átomos de boro y tres átomos de elementos de lantánido forman una extraña estructura en forma de jaula como nunca antes se había visto.

"Este no es un tipo de estructura que se espera ver en la química", dijo Lai-Sheng Wang, profesor de química en Brown y autor principal del estudio. "Cuando escribimos el artículo, nos costó mucho describirlo. Es básicamente un triedro esférico. Normalmente no puedes tener una estructura tridimensional cerrada con sólo tres lados, pero como es esférico, funciona."

Los investigadores tienen la esperanza de que la nanoestructura pueda arrojar luz sobre la estructura masiva y el comportamiento de la unión química de los lantánidos de boro, una importante clase de materiales ampliamente utilizados en la electrónica y otras aplicaciones. La nanoestructura por sí misma también puede tener propiedades interesantes, dicen los investigadores.

"Los elementos de lantánidos son materiales magnéticos importantes, cada uno con momentos magnéticos muy diferentes", dijo Wang. "Creemos que cualquiera de los lantánidos formará esta estructura, por lo que podrían tener propiedades magnéticas muy interesantes".

Wang y sus estudiantes crearon los cúmulos de lantánido-boro enfocando un poderoso láser en un objetivo sólido hecho de una mezcla de boro y un elemento de lantánido. Los cúmulos se forman al enfriarse los átomos vaporizados. Luego usaron una técnica llamada espectroscopia de fotoelectrones para estudiar las propiedades electrónicas de los cúmulos. La técnica consiste en zapping de cúmulos de átomos con otro láser de alta potencia. Cada zap golpea un electrón fuera del cúmulo. Midiendo las energías cinéticas de esos electrones liberados, los investigadores pueden crear un espectro de energías de unión para los electrones que unen el cúmulo.

"Cuando vemos un simple y hermoso espectro, sabemos que hay una hermosa estructura detrás de él", dijo Wang.

Para averiguar cómo es esa estructura, Wang comparó el espectro de fotoelectrones con los cálculos teóricos hechos por el profesor Jun Li y sus estudiantes de Tsinghua. Una vez que encuentran una estructura teórica con un espectro vinculante que coincide con el experimento, saben que han encontrado la estructura correcta.

"Esta estructura era algo que nunca hubiéramos predicho", dijo Wang. "Ese es el valor de combinar el cálculo teórico con los datos experimentales".

Wang y sus colegas han llamado a las nuevas estructuras metaloboroferenos, y tienen la esperanza de que una mayor investigación revele sus propiedades.

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