Стабильные наночастицы оказались суператомами,

a, b - структура наночастицы из 102 атомов золота; c, d - структура наночастицы из 102 атомов золота; e - вид свзей атомов внешнего слоя с атомами серы. Изображение одного из авторов работы Hannu Hakkinen.

Международная команда ученых определила, чем объясняется стабильность наночастиц золота. Согласно данным исследователей, золотая "сердцевина" наночастицы защищена оболочкой из атомов серы, которые взаимодействуют со внешними атомами золота. Свои выводы ученые опубликовали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Команда, в которую входили специалисты из США, Финляндии и Швеции, установили структуру наночастицы, состоящей из 102 атомов золота, используя суперкомпьютеры из исследовательских центров в Финляндии, Швеции и Германии. Вычисления показали, что по своей структуре такая частица напоминает "суператом". Ядро такого "суператома", состоящего из 79 атомов золота, имеет вид усеченного десятигранника, образованного двумя пирамидами, в основании которых лежат пятигранники. Вершины этих пирамид "срезаны". Расположенные вокруг ядра 23 атома золота образуют связи с атомами серы.

Стабильность такой наночастицы определяется тем, что каждый из атомов золота внешнего слоя связан химической связью с атомом серы, в результате чего у наночастицы не остается "свободных" электронов, которые могут реагировать с окружающими ее атомами или молекулами (если речь не идет о термоядерном синтезе, все химические реакции определяются именно взаимодействием электронов).

В наночастице, состоящей из 102 атомов золота, 44 из них - атомы внешнего слоя - "расходуют" свои свободные электроны на взаимодействие с атомами серы. Оставшиеся 58 электронов образуют "облако" вокруг сердцевины и заполняют все "вакантные места". Такая структура является самодостаточной: она энергетически стабильна и поэтому неохотно вступает в химические реакции, которые разрушают эту стабильность. Схожее строение электронной оболочки имеют атомы благородных, или инертных, газов.

Структура наночастицы из 102 атомов совпадает с предсказанной одним из авторов исследования структуры наночастицы, состоящей из 38 атомов золота. Меньшая наночастица также должна состоять из ядра (24 атома) и защитного слоя атомов золота (14 атомов), связанных с атомами серы. Наночастицы, включающие 11, 13 и 39 атомов золота, также построены по принципу "суператома" благородного газа.

Исследователи надеются, что в будущем им удастся определить структуру наночастиц, содержащих другое число атомов золота. На данный момент ученые уверены, что они будут построены по тому же принципу. Если им удастся экспериментально подтвердить свою гипотезу, то его можно будет назвать универсальным.