新发现：硼基纳米团簇中的“反向夹层”结构

图片来源：布朗大学

      新的研究表明，硼和镧系元素原子团簇形成了一种有趣且稳定的“反向夹层”结构。 

      布朗大学的研究人员与清华大学共同合作证实：由硼和镧系元素组成的纳米团簇形成了具有磁性高度稳定且对称的有趣的结构。

      该研究结果于7月9日星期一发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上，表明这些纳米团簇既可用作分子磁体也可以被组装成磁性纳米线。该研究还有助于阐明大量硼镧系元素的结构和化学结合，而这有可能开发出新的硼化物材料。

      布朗大学的化学教授，论文的第二作者Lai-Sheng Wang说：“硼镧系元素在电子和其他应用中具有重要级别，但研究者尚未对硼镧系元素的纳米团簇展开研究。我们刚刚开始研究这些纳米团簇，所以我们提出在硼和镧系原子配比恰当的情况下会出现“反向夹层”结构。

      硼原子环结构与单侧镧系元素键合到每一侧，出现在由八个硼原子和两个镧或镨原子（两种元素都属于元素周期表中镧族元素）组成的团簇中。大家所熟知的两个平面芳烃分子围绕单个金属原子的复合物形成的夹层结构已经在1973年获得诺贝尔奖。Wang表示，已知反向夹层结构在铀基有机分子复合物中形成，但这是在硼镧系元素中首次出现这种结构。

      Wang的实验室使用了一种光电子能谱技术来研究由不同化学元素组成的纳米团簇。 该技术使用了高功率激光击穿原子簇。 每一次穿击都会从原子簇中击出一个电子。通过测量那些自由电子的动能，研究人员可以了解团簇中的原子如何结合在一起并据此推断出团簇的物理结构。为了找到这些结构，Wang将光电子能谱与量子化学家Jun Li教授，他在清华的学生所做的理论计算进行了比较。

      Wang说：“我们发现由八个硼和两个镧系元素原子组成的团簇是高度对称的，这是从它们简单的光谱模式中推断出的。在化学中，每当我们发现高度对称的东西时，都会非常兴奋。”

      Wang说，这种对称性是由将结构结合在一起的化学键的性质所产生的。这些键的性质也使得团簇具有很强的磁性。这可能使它们在纳米电子应用或其他领域有用。