研究人员发现新的硼镧系元素纳米结构

二维石墨烯和足球形状的巴基球等碳纳米结构的发现有助于启动纳米技术革命。近年来，来自布朗大学和其他地方的研究人员表明，元素周期表上与碳相邻的硼也可以制造有趣的纳米结构，包括二维硼烯和一种称为 borospherene 的巴基球状空心笼结构。

现在，来自布朗大学和清华大学的研究人员在列表中添加了另一种硼纳米结构。在Nature Communications上发表的一篇论文中，他们表明 18 个硼原子和 3 个镧系元素原子的簇形成了一种奇异的笼状结构，这与他们见过的任何结构都不一样。

“这不是你期望在化学中看到的一种结构，”布朗大学化学教授、该研究的资深作者王来生说。“当我们写这篇论文时，我们真的很难描述它。它基本上是一个球面三面体。通常你不能有一个只有三个边的封闭三维结构，但由于它是球面，它是有效的。”

研究人员希望这种纳米结构可以揭示镧系元素硼的整体结构和化学键合行为，这是一种广泛用于电子和其他应用的重要材料。该纳米结构，研究人员说本身可能有有趣的性质为好。

“镧系元素是重要的磁性材料，每一种都有非常不同的磁矩，”王说。“我们认为任何镧系元素都会构成这种结构，因此它们可能具有非常有趣的磁性。”

王和他的学生通过将强大的激光聚焦到由硼和镧系元素混合物制成的固体目标上来创建镧系元素-硼簇。团簇是在汽化原子冷却后形成的。然后他们使用一种称为光电子能谱的技术来研究团簇的电子特性。该技术涉及用另一种高功率激光器对原子簇进行轰击。每次电击都会从簇中敲出一个电子。通过测量那些被释放的电子的动能，研究人员可以为将簇结合在一起的电子创建一个结合能谱。

“当我们看到一个简单而美丽的光谱时，我们知道它背后有一个美丽的结构，”王说。

为了弄清楚这种结构是什么样的，王将光电子光谱与李军教授和他的清华学生进行的理论计算进行了比较。一旦他们找到具有与实验匹配的结合光谱的理论结构，他们就知道他们找到了正确的结构。

“这种结构是我们从未预料到的，”王说。“这就是理论计算与实验数据相结合的价值所在。”

王和他的同事们将这种新结构命名为金属硼球烯，他们希望进一步的研究能够揭示它们的特性。

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