211service.com
Metale stają się podobne do cząsteczek w skali atomowej, ujawniają naukowców zajmujących się materiałami
Jedną z charakterystycznych cech metali jest sposób, w jaki są one połączone. Zasadniczo sieć jonów metali znajduje się w morzu zdelokalizowanych elektronów, a to działa jak rodzaj kleju, który łączy ze sobą strukturę.
Te wiązania metaliczne są całkowicie różne od wiązań kowalencyjnych, które łączą cząsteczki. Po pierwsze, wiązania metaliczne są zjawiskiem zbiorowym, które powstaje z powodu zachowania masowego jonów metali i zdelokalizowanych elektronów.
Co więcej, wiązania metaliczne nie mają preferowanego kierunku. Jest to przydatne, ponieważ zapewnia stabilność konstrukcji metalowych, a jednocześnie umożliwia łatwe dodawanie lub usuwanie atomów.
Natomiast wiązanie kowalencyjne tworzy się między dwoma atomami i jest wysoce kierunkowe. Wiązania te tworzą szkielet, który łączy cząsteczki i umożliwia tworzenie bardzo złożonych struktur, takich jak buckyballs i białka.
Ale co z wiązaniem, które łączy najprostszą strukturę metalową, jaką można sobie wyobrazić – dwa atomy metalu tworzące most? Dzisiaj Harsh Deep Chopra i koledzy z Uniwersytetu Stanowego Nowego Jorku w Buffalo twierdzą, że po raz pierwszy scharakteryzowali naturę tego wiązania w temperaturze pokojowej.
Ich zdumiewającym odkryciem jest to, że wiązanie między dwoma atomami metalu staje się w takich sytuacjach molekularne – innymi słowy jest znacznie silniejsze i wysoce kierunkowe. I twierdzą, że to odkrycie ma ważne implikacje dla projektowania i budowy przyszłych urządzeń o rozmiarach atomowych.
Ich eksperyment jest w zasadzie prosty. Zbliżyli końcówkę mikroskopu sił atomowych na tyle blisko złotej powierzchni, że utworzyli jednoatomowy most. Następnie wyciągnęli końcówkę, aby zmierzyć, ile siły potrzeba do zerwania mostu.
Wyniki są zaskakujące. Siła potrzebna do zerwania wiązań między atomami złota w metalu masowym wynosi około 0,5 nanoniutona. Ale kiedy dwa atomy złota są izolowane w moście, do wykonania tej samej pracy potrzeba około 2 nanoniutonów. To cztery razy większa siła, którą trzeba przyłożyć w określonym kierunku. (Podobne wyniki uzyskali ze srebrem.)
Tak więc wiązania między atomami metalu w urządzeniu o skali atomowej są zarówno kierunkowe, jak i znacznie silniejsze niż w materiale masowym. Innymi słowy, w tej skali wiązania stają się molekularne.
Może to mieć ważne implikacje dla sposobu projektowania i budowy urządzeń w skali atomowej. Wiązania kierunkowe zapewniają wysoką stabilność konfiguracyjną metalowym urządzeniom o rozmiarach atomowych, np. Chopra i spółka.
Co więcej, urządzenia te są mniej narażone na komplikacje wynikające z metalowych interfejsów, które mogą wiązać się z wszelkiego rodzaju niechcianymi odpadami. To po prostu nie może się zdarzyć w przypadku więzi kierunkowych.
Oczywiście te wiązania metali szybko tracą swój charakter kierunkowy, gdy doda się więcej atomów metalu. Tak więc interesujące pytanie brzmi, jak dalece można wykorzystać to zjawisko do tworzenia struktur podobnych do molekularnych. To problem w przyszłej pracy.
Jednak wraz z trendem miniaturyzacji mikroelektroniki zbliżającym się obecnie do poziomu atomowego, lepsze zrozumienie sposobu utrzymywania urządzeń w skali atomowej z pewnością nie zawiedzie.
Nr ref.: http://arxiv.org/abs/1305.5582 : Metaliczne wiązania stają się podobne do cząsteczek w urządzeniach o rozmiarach atomowych