I metalli diventano simili a molecole su scala atomica, rivelano gli scienziati dei materiali

Una delle caratteristiche distintive dei metalli è il modo in cui sono tenuti insieme. In sostanza, un reticolo di ioni metallici si trova in un mare di elettroni delocalizzati e questo agisce come una sorta di colla che lega insieme la struttura.

Questi legami metallici sono completamente diversi dai legami covalenti che tengono insieme le molecole. Per cominciare, i legami metallici sono un fenomeno collettivo che si verifica a causa del comportamento di massa degli ioni metallici e degli elettroni delocalizzati.

Inoltre, i legami metallici non hanno una direzione preferita. È utile perché rende stabili le strutture metalliche e consente anche di aggiungere o rimuovere facilmente gli atomi.

Al contrario, un legame covalente si forma tra due atomi ed è altamente direzionale. Questi legami costituiscono lo scheletro che tiene insieme le molecole e consente la creazione di strutture altamente complesse, come buckyball e proteine.

Ma che dire del legame che tiene insieme la struttura metallica più semplice che si possa immaginare: due atomi di metallo che formano un ponte? Oggi, Harsh Deep Chopra e compagni della State University di New York a Buffalo affermano di aver caratterizzato per la prima volta la natura di questo legame a temperatura ambiente.

La loro sorprendente scoperta è che il legame tra due atomi di metallo diventa molecolare in queste situazioni, in altre parole è molto più forte e altamente direzionale. E dicono che questa scoperta ha importanti implicazioni per la progettazione e la costruzione di futuri dispositivi di dimensioni atomiche.

Il loro esperimento è semplice in linea di principio. Hanno portato la punta di un microscopio a forza atomica abbastanza vicino a una superficie dorata da creare un ponte di un singolo atomo. Hanno poi tirato via la punta per misurare quanta forza è stata necessaria per rompere il ponte.

I risultati sono sorprendenti. La forza richiesta per rompere i legami tra gli atomi d'oro in un metallo sfuso è di circa 0,5 nanonewton. Ma quando due atomi d'oro sono isolati in un ponte, ci vogliono circa 2 nanonewton per fare lo stesso lavoro. È o quattro volte la forza che deve essere applicata in una direzione specifica. (Hanno ottenuto risultati simili con l'argento.)

Quindi i legami tra gli atomi di metallo in un dispositivo su scala atomica sono sia direzionali che significativamente più forti di quelli nel materiale sfuso. In altre parole, i legami diventano di tipo molecolare a questa scala.

Ciò potrebbe avere importanti implicazioni sul modo in cui i dispositivi su scala atomica sono progettati e costruiti. I legami direzionali forniscono un'elevata stabilità configurazionale a dispositivi metallici di dimensioni atomiche, affermano Chopra e co.

Inoltre, questi dispositivi hanno meno probabilità di soffrire delle complicazioni derivanti dalle interfacce metalliche sfuse che possono finire per legarsi a tutti i tipi di detriti indesiderati. Questo semplicemente non può accadere con i legami direzionali.

Naturalmente, questi legami metallici perdono presto il loro carattere direzionale quando vengono aggiunti più atomi di metallo. Quindi una domanda interessante è fino a che punto questo fenomeno può essere sfruttato per creare strutture di tipo molecolare. Questo è un problema per il lavoro futuro.

Ma con la tendenza alla miniaturizzazione per la microelettronica che si sta avvicinando al livello atomico, una migliore comprensione di come i dispositivi su scala atomica sono tenuti insieme sicuramente non andrà male.

Rif: http://arxiv.org/abs/1305.5582 : I legami metallici diventano di tipo molecolare nei dispositivi di dimensioni atomiche

nascondere