Los grupos independientes de 20 átomos de oro toman la forma de una pirámide, los investigadores han descubierto. Esto contrasta con la mayoría de los elementos, que se organizan formando capas alrededor de un átomo central. El equipo de investigadores dirigido por KU Leuven publicó sus hallazgos en Avances de la ciencia .

Los cúmulos atómicos compuestos por unos pocos átomos tienden a ser esféricos. Suelen estar organizados en capas de átomos alrededor de un átomo central. Este es el caso de muchos elementos, pero no por el oro, como resulta. Los experimentos y los cálculos avanzados han demostrado que los cúmulos independientes de 20 átomos de oro adoptan una forma piramidal. Tienen un plano de tierra triangular formado por 10 átomos perfectamente dispuestos, con triángulos adicionales de seis y tres átomos, coronado por un solo átomo [ver figura donde se compara un modelo de veinte naranjas con la estructura teórica y experimental].

La notable estructura tetraédrica ahora ha sido fotografiada por primera vez con un microscopio de efecto túnel. Este microscopio de alta tecnología puede visualizar átomos individuales. Opera a temperaturas extremadamente bajas (269 grados bajo cero) y utiliza un túnel cuántico de una corriente eléctrica desde una punta metálica de escaneo nítido a través del cúmulo y hacia el soporte. La tunelización cuántica es un proceso en el que la corriente eléctrica fluye entre dos conductores sin ningún contacto físico entre ellos.

Los investigadores utilizaron plasmas intensos en una compleja configuración de cámara de vacío para pulverizar átomos de oro de una pieza macroscópica de oro. "Parte de los átomos pulverizados crecen juntos en pequeñas partículas de unas pocas hasta unas pocas decenas de átomos, debido a un proceso comparable con la condensación de moléculas de agua en gotitas, "dice Zhe Li, el autor principal del artículo, actualmente en el Instituto de Tecnología de Harbin, Shenzhen. "Seleccionamos un haz de racimos que constaba exactamente de veinte átomos de oro. Colocamos estas especies con una de las facetas triangulares en un sustrato cubierto con una capa muy fina de sal de cocina (NaCl), precisamente tres capas de átomos de espesor ".

El estudio también reveló la peculiar estructura electrónica de la pequeña pirámide de oro. Similar a los átomos de gases nobles o moléculas aromáticas, el cúmulo solo tiene orbitales de electrones completamente llenos, lo que los hace mucho menos reactivos que los grupos con uno o unos pocos átomos más o menos.

Se sabe que los cúmulos de oro que van desde unas pocas hasta varias docenas de átomos de tamaño poseen propiedades notables.

El nuevo descubrimiento ayuda a los científicos a evaluar el rendimiento catalítico y óptico de estos grupos, que es relevante para el diseño de catalizadores y dispositivos ópticos basados ​​en clústeres. Las aplicaciones recientes de los clústeres incluyen la utilización en pilas de combustible y la captura de carbono.