211service.com
Metaller bliver molekylærlignende på atomskalaen, afslører materialeforskere
En af de definerende egenskaber ved metaller er den måde, de holdes sammen på. Grundlæggende sidder et gitter af metalioner i et hav af delokaliserede elektroner, og dette fungerer som en slags lim, der binder strukturen sammen.
Disse metalliske bindinger er helt forskellige fra de kovalente bindinger, der holder molekyler sammen. Til at begynde med er metalliske bindinger et kollektivt fænomen, der opstår på grund af den store opførsel af metalioner og delokaliserede elektroner.
Hvad mere er, metalliske bindinger har ingen foretrukket retning. Det er praktisk, fordi det gør metalstrukturer stabile, samtidig med at atomer nemt kan tilføjes eller fjernes.
Derimod dannes en kovalent binding mellem to atomer og er meget retningsbestemt. Disse bindinger udgør skelettet, der holder molekyler sammen og tillader skabelsen af meget komplekse strukturer, såsom buckyballs og proteiner.
Men hvad med bindingen, der holder den enklest tænkelige metalstruktur sammen - to metalatomer, der danner en bro? I dag siger Harsh Deep Chopra og venner ved The State University of New York i Buffalo, at de har karakteriseret denne bindings natur ved stuetemperatur for første gang.
Deres forbløffende opdagelse er, at bindingen mellem to metalatomer bliver molekylær-lignende i disse situationer – med andre ord er den meget stærkere og meget retningsbestemt. Og de siger, at dette fund har vigtige implikationer for design og konstruktion af fremtidige enheder i atomstørrelse.
Deres eksperiment er i princippet ligetil. De bragte spidsen af et atomkraftmikroskop lige så tæt på en guldoverflade, at det skabte en enkeltatomsbro. De trak derefter spidsen væk for at måle, hvor meget kraft det tog at bryde broen.
Resultaterne er overraskende. Den kraft, der kræves for at bryde bindingerne mellem guldatomer i et bulkmetal, er omkring 0,5 nanonewton. Men når to guldatomer er isoleret i en bro, tager det omkring 2 nanonewton at udføre det samme arbejde. Det er eller fire gange den kraft, som skal påføres i en bestemt retning. (De fik lignende resultater med sølv.)
Så bindingerne mellem metalatomer i en enhed i atomskala er både retningsbestemte og betydeligt stærkere end dem i bulkmaterialet. Med andre ord bliver bindingerne molekylærlignende på denne skala.
Det kan have vigtige konsekvenser for den måde, atomare skalaenheder er designet og bygget. De retningsbestemte bindinger giver høj konfigurationsstabilitet til metalliske enheder i atomstørrelse, siger Chopra og co.
Hvad mere er, er disse enheder mindre tilbøjelige til at lide af de komplikationer, der opstår fra bulk-metalgrænseflader, som kan ende med at binde sig til alle former for uønsket snavs. Det kan simpelthen ikke ske med retningsbestemte bindinger.
Selvfølgelig mister disse metalbindinger hurtigt deres retningsbestemte karakter, når der tilføjes flere metalatomer. Så et interessant spørgsmål er, hvor langt dette fænomen kan udnyttes til at lave molekylærlignende strukturer. Det er et problem for det fremtidige arbejde.
Men med tendensen i miniaturisering for mikroelektronik, der nu nærmer sig atomniveau, vil en bedre forståelse af, hvordan atomare skalaenheder holdes sammen, bestemt ikke gå galt.
Ref: http://arxiv.org/abs/1305.5582 : Metalliske bindinger bliver molekylærlignende i atomare enheder