Molekyylin ja metallin rajalla

13.04.2015

jyvskyl-kultananohiukkaisista-uusia-sovelluksia-300.jpgJyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksen tutkimuksissa on kokeellisesti havaittu, että kemiallisesti valmistettujen kultananohiukkasten elektronisissa ominaisuuksissa tapahtuu suuri muutos kahden erikokoisen mutta muuten hyvin samanlaisen hiukkasen välillä.

Hiukkaset, joissa on 102 tai sitä vähemmän kulta-atomeja, ovat luonteeltaan kuten jättimolekyylejä, kun taas 144 kulta-atomin kokoiset tai sitä suuremmat hiukkaset ovat kuin nanokokoisia metallikappaleita.

Tulos saatiin selville säteilyttämällä hiukkasnäytteitä laservalolla. ”Molekyyli ja metalli käyttäytyvät tässä aivan eri tavoin”, kertoo kokeellista tutkimusta johtanut professori Mika Pettersson.

Valon aikaansaama lisäenergia siirtyy metallisesta kappaleesta erittäin nopeasti ympäristöön, noin sekunnin sadasmiljardisosassa, kun taas molekyyli virittyy tietylle ylemmän energiatason tilalle, ja virityksen purkautuminen voi kestää sata kertaa pidempään.

Pienempi 102 kulta-atomin hiukkanen käyttäytyi kuten molekyyli siirtyen välillä jopa magneettiseen tilaan, kun taas 144 kulta-atomin hiukkanen käyttäytyi periaatteessa samoin kuin senttimetrin kokoinen kultakappale toteavat tutkijat tutkimuksen rahoittaneen Suomen Akatemian tiedotteessa.

Kultananohiukkasten elektronisten ominaisuuksien muutoksia voidaan hyödyntää esimerkiksi energian tai sähkövarauksen lyhytaikaisina varastoina molekyylielektroniikassa. Metallin tavoin käyttäytyviä hiukkasia voidaan puolestaan hyödyntää herkkinä sensoreina kemiallisessa analytiikassa ja biokuvantamisessa.

Lisäksi Jyväskylän tutkijat ovat havainneet, että metallimaisen kultahiukkasen ominaisuuksia voidaan vahvistaa sekoittamalla joukkoon hieman kuparia. Tällöin siitä havaittiin plasmonimaisia ilmiöitä ja sen tuottamia absorptiohuippuja välillä 535-587 nm seostuksesta riippuen.

cmu-pressrel-jin-au133_300.jpgCarnegie Mellon Universityn (CMU) kemistit ovat puolestaan selvittäneet 133 kulta-atomin ja 52 sen pintaa suojaavan molekyylin hiukkasrakenteen. Kyseessä on suurin nanohiukkasten rakenne mitä koskaan on selvitetty röntgenkristallografialla. Mikroskopialla sellaista ei pysty selvittämään.

Melkoinen yllätys tutkijoille oli, että nämä pienet, synteettiset kultananopartikkelit osoittavat joitakin luonnon kaikkein monimutkaisimpia kuvioita, kuten DNA:n kaksoiskierrettä ja maailmankaikkeuden tapaa järjestellä galakseja.

Myös CMU:n tutkijat totesivat, että nämä kultananopartikkelit eivät ole vielä tulleet metallisiksi. Jatkossa he testaavat niiden mahdollista käyttöä katalyytteinä.

03.12.2021Kotimaista kvanttitietotekniikkaa
02.12.2021Dynaamisesti ohjelmoitava transistori
01.12.2021Yksinkertaisempi suunnitelma kvanttitietokoneille
30.11.2021Näkyvän valon modulointi sirutasolle
29.11.2021Fyysistä salaustekniikkaa nopeille langattomille
27.11.2021Kvanttipisteledi taipuu kuin paperi
26.11.2021Ultranopea akkujen lataus uudella anodimateriaalilla
25.11.2021Nanoantenni avittaa kvanttiviestintää
24.11.2021Vihreää vetyä edullisemmin
23.11.2021Astrosyytit tekoälyn tehostajiksi

Siirry arkistoon »