Los investigadores de la Virginia Commonwealth University han descubierto una nueva estrategia para crear superátomos:combinaciones de átomos que pueden imitar las propiedades de más de un grupo de elementos de la tabla periódica. Estos superátomos podrían usarse para crear nuevos materiales, incluyendo baterías más eficientes y mejores semiconductores; un componente central de los microchips, transistores y la mayoría de los dispositivos computarizados.

Las baterías y los semiconductores dependen del movimiento de cargas de un grupo de átomos a otro. Durante este proceso, los electrones se transfieren de los átomos donantes a los átomos aceptores. Formar superátomos que puedan suministrar o aceptar múltiples electrones mientras mantienen la estabilidad estructural es un requisito clave para crear mejores baterías o semiconductores. dijo Shiv Khanna, Doctor., Profesor del Commonwealth y presidente del Departamento de Física de la Facultad de Humanidades y Ciencias. La capacidad de los superátomos para mover cargas de manera efectiva mientras permanecen intactos se atribuye a cómo imitan las propiedades de múltiples grupos de elementos.

"Hemos ideado un nuevo enfoque en el que se pueden sintetizar superatomos basados ​​en metales, "Dijo Khanna.

En un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza la semana pasada, Khanna demostró teóricamente un método para construir superátomos que podría resultar en la creación de materiales energéticos más efectivos. El trabajo fue financiado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea.

"Los semiconductores se utilizan en todas las esferas de la vida, "Dijo Khanna." Los superatomos que podrían mejorar sustancialmente la donación de electrones serían un beneficio social significativo ".

En la actualidad, átomos de álcali, que forman la primera columna de la tabla periódica, son óptimos para donar electrones. Estos átomos de origen natural requieren una pequeña cantidad de energía para donar un electrón. Sin embargo, donar más de un electrón requiere una cantidad de energía prohibitivamente alta.

Khanna y sus colegas Arthur Reber, profesor asociado de física, y Vikas Chauhan, becario postdoctoral en el Departamento de Física, han creado un proceso mediante el cual grupos de átomos pueden donar o recibir múltiples electrones utilizando bajos niveles de energía.

"La posibilidad de tener estos componentes básicos que puedan aceptar múltiples cargos o donar múltiples cargos eventualmente tendría aplicaciones de amplio alcance en la electrónica, "Dijo Khanna.

Si bien ya se han hecho tales superatomos, Nunca ha existido una teoría orientadora para hacerlo de manera eficaz. Khanna y sus colegas teorizan que los ligandos orgánicos (moléculas que se unen a átomos de metal para protegerlos y estabilizarlos) pueden mejorar el intercambio de electrones sin comprometer los niveles de energía.

Consideraron esta teoría utilizando grupos de racimos de aluminio mezclados con boro, carbón, silicio y fósforo, emparejado con ligandos orgánicos. Usando análisis computacional, demostraron que el cúmulo usaría incluso menos energía para donar un electrón que el francio, el donante de electrones alcalinos más fuerte de origen natural.

"Podríamos usar ligandos para tomar cualquier grupo de átomos y convertirlo en un donante o aceptor de electrones, ", Dijo Khanna." Podríamos formar donantes de electrones que sean más fuertes que cualquier elemento que se encuentre en la tabla periódica ".