La découverte de nanostructures de carbone comme le graphène bidimensionnel et les buckyballs en forme de ballon de football a contribué au lancement d’une révolution nanotechnologique. Ces dernières années, des chercheurs de l’Université Brown et d’ailleurs ont montré que le bore, le voisin du carbone sur le tableau périodique, peut également créer des nanostructures intéressantes, y compris du borophène bidimensionnel et une composition en cage creuse de variety buckyball appelée borosphérène.

Maintenant, des chercheurs de l’Université Brown et Tsinghua ont ajouté une autre nanostructure de bore à la liste. Dans un report publié dans Character Communications, ils montrent que des amas de 18 atomes de bore et de trois atomes d’éléments lanthanides forment une structure en forme de cage strange, contrairement à tout ce qu’ils ont jamais vu.

Nouvelle nanostructure de bore-lanthanide

« Ce n’est tout simplement pas un variety de construction que vous vous attendez à voir en chimie », a déclaré Lai-Sheng Wang, professeur de chimie à Brown et auteur principal de l’étude. « Quand nous avons écrit l’article, nous avons vraiment eu du mal à le décrire. C’est essentiellement un trièdre sphérique. Normalement, vous ne pouvez pas avoir une construction tridimensionnelle fermée avec seulement trois côtés, mais comme c’est sphérique, cela fonctionne. »

Les chercheurs espèrent que la nanostructure pourra éclairer la framework en vrac et le comportement de liaison chimique des lanthanides de bore, une classe importante de matériaux largement utilisés en électronique et dans d’autres apps. La nanostructure en elle-même peut également avoir des propriétés intéressantes, selon les chercheurs.

« Les éléments lanthanides sont des matériaux magnétiques importants, chacun avec des times magnétiques très différents », a déclaré Wang. « Nous pensons que n’importe lequel des lanthanides fera cette structure, donc ils pourraient avoir des propriétés magnétiques très intéressantes. »

Wang et ses élèves ont créé les grappes lanthanide-bore en concentrant un puissant laser sur une cible solide constituée d’un mélange de bore et d’un élément lanthanide. Les amas se forment lors du refroidissement des atomes vaporisés. Ils ont ensuite utilisé une procedure appelée spectroscopie photoélectronique pour étudier les propriétés électroniques des amas. La procedure consiste à zapper des grappes d’atomes avec un autre laser de grande puissance. Chaque zap fait sortir un électron de l’amas. En mesurant les énergies cinétiques de ces électrons libérés, les chercheurs peuvent créer un spectre d’énergies de liaison pour les électrons qui lient l’amas ensemble.

« Quand nous voyons un spectre simple et magnifique, nous savons qu’il y a une belle construction derrière », a déclaré Wang.

Pour comprendre à quoi ressemble cette construction, Wang a comparé les spectres photoélectroniques aux calculs théoriques effectués par le professeur Jun Li et ses étudiants de Tsinghua. Une fois qu’ils ont trouvé une structure théorique avec un spectre de liaison qui correspond à l’expérience, ils savent qu’ils ont trouvé la bonne framework.

« Cette framework était quelque chose que nous n’aurions jamais prévu », a déclaré Wang. « C’est l’intérêt de combiner calcul théorique et données expérimentales. »

Wang et ses collègues ont surnommé les nouvelles structures métallo-borosphères, et ils espèrent que de nouvelles recherches révéleront leurs propriétés.