Pesquisadores da Virginia Commonwealth University descobriram uma nova estratégia para criar superátomos - combinações de átomos que podem imitar as propriedades de mais de um grupo de elementos da tabela periódica. Esses superátomos podem ser usados ​​para criar novos materiais, incluindo baterias mais eficientes e melhores semicondutores; um componente central dos microchips, transistores e a maioria dos dispositivos computadorizados.

Baterias e semicondutores dependem do movimento de cargas de um grupo de átomos para outro. Durante este processo, elétrons são transferidos de átomos doadores para átomos aceitadores. A formação de superátomos que podem fornecer ou aceitar vários elétrons, mantendo a estabilidade estrutural, é um requisito fundamental para a criação de baterias ou semicondutores melhores, disse Shiv Khanna, Ph.D., Professor da Commonwealth e presidente do Departamento de Física da Faculdade de Ciências Humanas. A capacidade dos superátomos de mover cargas com eficácia enquanto permanecem intactos é atribuída à forma como eles imitam as propriedades de vários grupos de elementos.

"Criamos uma nova abordagem na qual é possível sintetizar esses superátomos baseados em metal, "Khanna disse.

Em um artigo publicado em Nature Communications Semana Anterior, Khanna teoricamente provou um método de construção de superátomos que poderia resultar na criação de materiais energéticos mais eficazes. O trabalho foi financiado pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea.

"Semicondutores são usados ​​em todas as esferas da vida, "Khanna disse." Os superatores que poderiam aumentar substancialmente a doação de elétrons seriam um benefício significativo para a sociedade. "

Atualmente, átomos alcalinos, que formam a primeira coluna da tabela periódica, são ideais para doar elétrons. Esses átomos que ocorrem naturalmente requerem uma baixa quantidade de energia para doar um elétron. Contudo, doar mais de um elétron requer uma quantidade proibitivamente alta de energia.

Khanna e colegas Arthur Reber, professor associado de física, e Vikas Chauhan, um pós-doutorado no Departamento de Física, criaram um processo pelo qual aglomerados de átomos podem doar ou receber vários elétrons usando baixos níveis de energia.

"A possibilidade de ter esses blocos de construção que podem aceitar cobranças múltiplas ou doar cobranças múltiplas teria, eventualmente, aplicações abrangentes em eletrônicos, "Khanna disse.

Embora esses superátomos já tenham sido feitos, nunca houve uma teoria orientadora para fazer isso com eficácia. Khanna e seus colegas teorizam que ligantes orgânicos - moléculas que ligam átomos de metal para protegê-los e estabilizá-los - podem melhorar a troca de elétrons sem comprometer os níveis de energia.

Eles consideraram esta teoria usando grupos de aglomerados de alumínio misturados com boro, carbono, silício e fósforo, emparelhado com ligantes orgânicos. Usando análise computacional, eles demonstraram que o aglomerado usaria ainda menos energia para doar um elétron do que o frâncio, o mais forte doador de elétrons alcalinos de ocorrência natural.

"Poderíamos usar ligantes para pegar qualquer aglomerado de átomos e transformá-lo em um doador ou aceitador de elétrons, "Khanna disse." Poderíamos formar doadores de elétrons mais fortes do que qualquer elemento encontrado na tabela periódica. "