علت خاصیت مغناطیسی نانوخوشه‌های نقره

سال گذشته محققان اسپانیایی به‌طور اتفاقی متوجه شدند که اتم‌های نقره وقتی در تعداد مشخصی به‌صورت خوشه‌ای جمع شوند، خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کنند که این امر می‌تواند نتایج مهمی برای کاربردهای پزشکی داشته باشد. این محققان اخیراً توضیح داده‌اند که وجود این خاصیت مغناطیسی امکان‌پذیر است؛ زیرا خوشه‌های نقره تقارن بیست‌وجهی بالایی دارند که اجازه هم‌ترازی به اوربیتال‌های نقره را می‌دهد.

سال گذشته محققان اسپانیایی به‌طور اتفاقی متوجه شدند که اتم‌های نقره وقتی در
تعداد مشخصی به‌صورت خوشه‌ای جمع شوند، خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کنند که این امر می‌تواند
نتایج مهمی برای کاربردهای پزشکی داشته باشد.

این محققان اخیراً توضیح داده‌اند که وجود این خاصیت مغناطیسی امکان‌پذیر است؛ زیرا
خوشه‌های نقره تقارن بیست‌وجهی بالایی دارند که اجازه هم‌ترازی به اوربیتال‌های
نقره را می‌دهد.

Manuel pereiro و همکارانش از دانشگاه Santiago de Campostela به کمک برنامه
کامپیوتری
DEMON-KS3P5 محاسبات تئوری اصولی‌ای انجام دادند. این روشی است که برای حل معادله
شرودینگر برای اتم‌های تشکیل‌دهنده خوشه‌ها و پیدا کردن خوشه‌هایی با سطح انرژی
کمتر و به‌تبع پایدارتر به کار می‌رود.

محققان این محاسبات را با نمونه‌های وسیعی از هندسه‌های آزمایشی حاوی ۲ تا ۲۲ اتم
نقره شروع و نتیجه را با استفاده از الگوریتم Broyden-Fletcher-Goldfard-Shanno
بهینه کردند. سپس از میان این خوشه‌ها آنهایی که بالاترین ممان مغناطیسی را داشتند،
مورد مطالعه قرار گرفتند.

نتیجه این مطالعات نشان می‌دهد که خوشه‌های۱۳ اتمی در نتیجه تقارن بیست‌وجهی و نیز
هم‌ترازی اوربیتالی بالا، از خاصیت مغناطیسی قابل توجهی برخوردارند.

همچنین انتقال بار الکتریکی از اتم‌های Ag لایه بیرونی به اتم‌های Ag لایه درونی
بیست‌وجهی که بار اضافی‌ای حدود ۸/۰ الکترون دارند، صورت ‌می‌گیرد.

انتقال بار منجر به کاهش کمی در دانسیته اسپین بالا در تراز فرمی اتم‌های داخلی می‌شود
و در نتیجه خاصیت مغناطیسی اتم‌های داخلی بهBM 35/0 کاهش پیدا می‌کند؛ در حالی که
ممان مغناطیسی اتم‌های لایه بیرونی به BM 39/0 افزایش می‌یابد که در مجموع میانگین
ممان مغناطیسی خوشه‌های Ag13 بیشتر می‌شود. به عبارت دیگر می‌توان گفت که در خوشه‌های
مورد بحث، تقارن موجب هم‌ترازی اوربیتال‌ها و ایجاد خاصیت مغناطیسی می‌شود.

خوشه‌هایی که تقارن بالایی دارند عدد کئوردیناسیون بزرگی نیز دارند. در مورد ساختار
بیست‌وجهی، این عدد برای اتم‌های لایه بیرونی۶ و برای اتم‌های داخلی۱۲‌ است.

این کئوردیناسیون بالا منجر به هم‌پوشانی بیشتر اوربیتا‌ل‌های اتمی اتم‌های پیوندی
شده و بدین ترتیب، هم‌ترازی اوربیتالی و به دنبال آن تعداد اتم‌هایی که اسپین جفت‌نشده
دارند را افزایش می‌دهد و باعث ایجاد آن خاصیت مغناطیسی می‌شود.

از این خوشه‌های اتمی پایدار می‌توان در پزشکی استفاده کرد؛ چون کمتر سمی هستند و
نسبت به خوشه‌های فلزی معمول، زیست‌سازگاری بالایی دارند. علاوه ‌بر این، ممکن است
در دارورسانی، درمان سلول‌های بدخیم از طریق بالا بردن دمای بدن و جداسازی مغناطیسی
سلول‌های نشان‌دار نیز کاربرد داشته باشند.

هم‌اکنون اعضای این گروه در حال مطالعه بر روی چگونگی تولید نانوذراتی از آرایه‌های
مختلف خوشه‌های ۱۳ اتمی هستند که ممان مغناطیسی بالایی نشان دهند. نتایج این کار در
مجله Physical Review A منتشر شده‌است.