EN

Uusien tulosten avulla kultananohiukkasten uudet sovellukset mahdollisia

10.4.2015

Kultananohiukkasten elektronisten ominaisuuksien muutoksia voidaan hyödyntää esimerkiksi energian tai sähkövarauksen lyhytaikaisina varastoina molekyylielektroniikassa. Metallin tavoin käyttäytyviä hiukkasia voidaan puolestaan hyödyntää herkkinä sensoreina kemiallisessa analytiikassa ja biokuvantamisessa. Näihin sovelluskohteisiin on saatu uutta tietoa Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksen tutkimuksissa, jotka ovat Suomen Akatemian rahoittamia.

Kaksi hiljattain julkaistua tutkimusta (1,2) osoittavat, että kemiallisesti valmistettujen kultananohiukkasten elektronisissa ominaisuuksissa tapahtuu suuri muutos kahden erikokoisen mutta muuten hyvin samanlaisen hiukkasen välillä. Hiukkaset, joissa on 102 tai sitä vähemmän kulta-atomeja, ovat luonteeltaan kuten jättimolekyylejä, kun taas 144 kulta-atomin kokoiset tai sitä suuremmat hiukkaset ovat kuin nanometrikokoisia metallikappaleita.

Tulos saatiin selville, kun kahta erikokoista kultahiukkasnäytettä säteilytettiin laservalolla ja seurattiin kuinka hiukkasten itseensä imemä säteilyenergia kulkeutuu ympäristöön.

”Molekyyli ja metalli käyttäytyvät tässä aivan eri tavoin”, kertoo kokeellista tutkimusta johtanut professori Mika Pettersson. ”Valon aikaansaama lisäenergia siirtyy metallisesta kappaleesta erittäin nopeasti ympäristöön, noin sekunnin sadasmiljardisosassa, kun taas molekyyli virittyy tietylle ylemmän energiatason tilalle, ja virityksen purkautuminen voi kestää sata kertaa pidempään. Havaitsimme juuri tämän eron kahden tutkimamme kultanäytteen välillä: pienempi 102 kulta-atomin hiukkanen käyttäytyi kuten molekyyli siirtyen välillä jopa magneettiseen tilaan, kun taas vain hieman isompi 144 kulta-atomin hiukkanen käyttäytyi periaatteessa samoin kuin senttimetrin kokoinen kultakappale. Olemme nyt siis onnistuneet määrittämään tärkeän kokorajan, joka erottaa nämä kaksi aivan eri tavalla käyttäytyvää systeemiä toisistaan.”  

”Kokeelliset tulokset energian siirtomekanismeista hiukkasesta ympäristöön sopivat täydellisesti yhteen ryhmämme tekemien laskennallisten simulointien kanssa”, toteaa Nanotiedekeskuksen johtaja, professori Hannu Häkkinen. ”Itse asiassa ryhmämme ennusti jo vuosina 2008–2009 simulointien perusteella periaatteellisen eron 102 ja 144 kulta-atomin hiukkasen elektronirakenteiden välillä, ja on hienoa että ennusteet on nyt tarkasti todennettu kokeellisin menetelmin. 144 atomin kultahiukkanen on mielenkiintoinen systeemi myös, koska olemme juuri havainneet simuloinneissa, että hiukkasen metallisia ominaisuuksia voidaan jopa vahvistaa sekoittamalla kullan joukkoon hieman kuparia.” (3)

Laskennallinen tutkimus tehtiin CSC:n ja Stuttgartin HLRS-keskuksen tarjoamilla superkoneresursseilla.

 

Kuva:  Kultaharkosta voi tehdä monenlaista nanokultaa. Pienimmät kultahiukkaset (oikealla) ovat kuten molekyylejä, hieman suuremmat ovat metalleja. Oikealla oleva kuva on viitteestä 1. Kuva: Sami Malola, Jyväskylän yliopisto.

Viitteet

1. S. Mustalahti, P. Myllyperkiö, S. Malola, T. Lahtinen, K. Salorinne, J. Koivisto, H. Häkkinen and M. Pettersson, "Molecule-like photodynamics of Au102(pMBA)44 nanocluster", ACS Nano 9, 2328 (2015). DOI: 10.1021/nn506711a

2.  S. Mustalahti, P. Myllyperkiö, T. Lahtinen, K. Salorinne, S. Malola, J. Koivisto, H. Häkkinen, M. Pettersson "Ultrafast Electronic Relaxation and Vibrational Cooling Dynamics of Au144(SC2H4Ph)60 Nanocluster Probed by Transient Mid-IR Spectroscopy", J. Phys. Chem. C 118, 18233 (2014). DOI: 10.1021/jp505464z

3.  S. Malola, M.Hartman and H. Häkkinen, "Copper induces a core plasmon in intermetallic Au(144,145)-xCux(SR)60 nanoclusters", J. Phys. Chem. Lett. 6, 515 (2015). DOI: 10.1021/jz502637b

Lisätietoja

• professori Hannu Häkkinen, sp. hannu.j.hakkinen@jyu.fi, p.  0400 247 973
• professori Mika Pettersson, sp. mika.j.pettersson@jyu.fi, p. 050 3109 969

Suomen Akatemian viestintä
tiedottaja Leena Vähäkylä
p. 029 5335 139
leena.vahakyla@aka.f

Viimeksi muokattu 5.5.2015
Seuraa meitä:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
YHTEYSTIEDOT, LASKUTUS  JA
REKISTERISELOSTEET»
KYSYMYKSET JA PALAUTE »