EN

Tutkijat löysivät timantin muotoisia hopeananohiukkasia

9.9.2016

Kansainvälinen tutkijaryhmä löysi uudenlaisia timantin muotoisia hopea-nanohiukkasia. Hiukkaset löydettiin ja karakterisoitiin Kiinassa, Australiassa, Saksassa ja Suomessa toimivien tutkijaryhmien yhteistyönä. Tutkimus julkaistiin arvostetussa Nature Communications -sarjassa 9.9.2016. Suomen Akatemia rahoitti Suomen osuuden.                                               

Tutkijat löysivät kahdenlaisia hiukkasia, joissa pienemmässä on 136 hopea-atomia ja isommassa 374 hopea-atomia. Hiukkasten metalliytimien koko on kahdesta kolmeen nanometriä, niiden muoto muistuttaa timanttia (ks. kuva) ja niiden pinnalla on hopea-atomeista ja orgaanisista tiolimolekyyleistä koostuva suojaava kerros. Nämä ovat suurimmat koskaan löydetyt jalometalleista koostuvat nanohiukkaset, joiden tarkka atomirakenne on pystytty määrittämään.   

Hiukkaset valmistettiin kemiallisilla menetelmillä Xiamenin yliopistossa Kiinassa ja niiden rakenne karakterisoitiin röntgendiffraktion ja elektronimikroskopian avulla Kiinassa, Australiassa ja Saksassa. Jyväskylän yliopiston Nanotiedekeskuksessa NSC:ssä klustereiden elektronirakennetta ja optisia ominaisuuksia tutkittiin suurteholaskennan avulla akatemiaprofessori Hannu Häkkisen tutkimusryhmässä.    

Vastaavanlaisia kultananohiukkasia on tutkittu jo useita vuosikymmeniä, mutta hopeahiukkasten tutkimus on saanut vauhtia vasta muutaman viimeisen vuoden aikana. Hopea olisi kultaa edullisempaa ja jopa mielenkiintoisempaa materiaalia nanohiukkasten sovellusten kannalta, mutta toistaiseksi alan tutkimusta on jarruttanut sopivien kemiallisten synteesimenetelmien puute.  

”Nyt löydetyt, suurimmat tähän asti tunnetut hopeahiukkaset paljastavat ensi kerran, kuinka hopea-atomit järjestyvät jopa kolmen nanometrin kokoisessa  hiukkasessa”, selittää professori Nanfeng Zheng Xiamenin yliopistosta.   ”Hiukkasen metalliytimen rakenteessa on pienen pieniä hopeakiteitä, joissa atomit ovat järjestäytyneet samaan rakenteeseen kuin makroskooppisessa hopeametallissa. Nämä kiteet ovat liittyneet yhteen siten, että hiukkasessa on viisinkertainen kiertosymmetria ja sen muoto on kuin timantti.”     

”Laskennallisen tutkimuksen kannalta nämä uudet hopeahiukkaset olivat erittäin haastavia mutta mielenkiintoisia”, korostaa akatemiaprofessori Häkkinen. Nämä hiukkaset ovat jo sen verran isoja, että niissä havaitaan tyypillisen hopeametallin ominaisuuksia, kuten partikkelin pintaplasmoni, jota nyt päästiin ensimmäisen kerran laskennallisesti tutkimaan atomaarisen tarkalla hopeahiukkasrakenteella. Pintaplasmoni on hopean elektronien kollektiivista värähtelyä valon sähkökentässä, mutta laskumme osoittivat yllättäen, että myös metalliydintä suojaavan molekyylikerroksen elektronit värähtelevät samaan tahtiin hopean elektronien kanssa. Tämä antaa toiveita siitä, että tällaisia hiukkasia voitaisiin aktivoida valolla siten, että molekyylikerroksen pinnalla saataisiin aikaan kemiallisia rektioita.”    

NSC:stä tutkimukseen osallistuivat myös Xi Chen ja Lauri Lehtovaara. Tieteen tietotekniikan keskus CSC tarjosi tutkimuksen laskennalliset resurssit.   

Lisätietoja antaa akatemiaprofessori Hannu Häkkinen, Jyväskylän yliopisto hannu.j.hakkinen(at)jyu.fi, p. 0400 247 973     

Suomen Akatemian viestintä
tiedottaja Leena Vähäkylä
p. 0295 335 139
etunimi.sukunimi(at)aka.fi   

Viite artikkeliin:    

H. Yang, Y. Wang, X. Chen, X. Zhao, L. Gu, H. Huang, J. Yan, C. Xu, G. Li, J. Wu, A.J. Edwards, B. Dittrich, Z. Tang, D. Wang, L. Lehtovaara, H. Häkkinen and N. Zheng, “Plasmonic twinned silver nanoparticles with molecular precision”, Nature Communications 7, 12809 (2016), published online 9 September 2016, doi: 10.1038/ncomms12809

Kuva:  (a), (b): 136-atomisen hopea-nanohiukkasen rakenne kahdesta eri suunnasta katsottuna. (c), (d): 374-atomisen hiukkasen rakenne. Näiden hiukkasten metalliytimen halkaisija on kahdesta kolmeen nanometriin. Metalliytimen hopea-atomit on kuvattu oranssilla palloilla. Pintarakenteen hopea-tiolimolekyyliverkostossa on kuvattu hopea vihreällä, rikki keltaisella ja hiili harmaalla värillä.  (Nanfeng Zheng, Xiamen University)

Viimeksi muokattu 9.9.2016
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 »