Золото является необычным элементом даже в его нормальном состоянии, а на наноуровне оно демонстрирует экзотические и полезные свойства. В этом состоянии большинство элементов собирается в сферические структуры, тогда как золото при определенных условиях образует крошечные золотые тетраэдры - сужающиеся пирамиды с треугольным основанием, состоящим из 20 атомов.
«Эти золотые пирамиды, созданные в вакууме, обладают такими интересными свойствами, как высокая каталитическая реакционная способность и интенсивная флуоресценция», - объясняют Чжэ Ли из Харбинского технологического института в Шэньчжэне и его коллеги. Золотые нанопирамиды до сих пор не были детально изучены. Было также неясно, могут ли они образовываться и оставаться на твердых поверхностях.
Ли и его команде впервые удалось исследовать золотые нанотетраэдры сканирующим туннельным микроскопом и сканирующей туннельной спектроскопией. Для эксперимента впервые был создан вакууме поток нанокластеров этого вещества. Из него ученые выбрали те объекты, которые состояли ровно из 20 атомов золота, и поместили их на трехатомную поверхность хлорида натрия. Изображения со сканирующего туннельного микроскопа продемонстрирвали, что кластеры золота сохранили свою тетраэдрическую форму.
Как показали спектроскопические измерения, конфигурация пирамиды - энергетически особенно благоприятное и стабильное состояние для атомов золота. Из-за плотного расположения все они получают целиком заполненные электронные орбитали - подобно благородному газу или атомам в кольцевых углеводородных соединениях.
Исследователи также впервые смогли наблюдать, как золотые тетраэдры затем соединяются в более крупные кластеры по 40 и 60 атомов, но почти без промежуточных стадий. По мере роста целые золотые пирамиды сливаются друг с другом и постепенно превращаются в сферические золотые комочки. Ли и его коллеги пояснили значение своего исследования: «Понимание морфологии, распределения по размерам и электронной структуры таких золотых кластеров важно для оценки их каталитических и оптических свойств».
