Le plus gros superatome de cuivre connu contrevient aux règles

Lorsque des atomes s'agrègent et que l'ensemble présente une configuration électronique similaire à celle d'un atome isolé, on parle de superatome. Des scientifiques de l'institut des sciences chimiques de Rennes (ISCR, CNRS/INSA Rennes/ENSC Rennes/Université Rennes 1), de l'université technique de Munich, de l'université de Duisburg-Essen et de l'université de Sao Paulo ont synthétisé et étudié le plus gros superatome de cuivre connu. Son nombre d'électrons disponibles ne suit cependant pas les lois censées régir de tels composés. Dans ces travaux, publiés dans Angewandte Chemie International Edition et mis en avant par Nature Reviews Chemistry, le superatome dispose de propriétés magnétiques inédites.


Agrégats sphériques d'atomes dont la structure électronique ressemble à celle d'atomes isolés, les superatomes font l'objet de recherches foisonnantes. S'ils se comportent comme un atome seul, ils sont bien plus nombreux et variés: ils pourraient donc offrir un panel plus large de propriétés. Ces composés ne contiennent cependant pas n'importe quel nombre d'électrons, ils suivent un panel réduit de possibilités: les nombres magiques. Des chimistes de l'institut des sciences chimiques de Rennes (ISCR, CNRS/INSA Rennes/ENSC Rennes/Université Rennes 1), de l'université technique de Munich, de l'université de Duisburg-Essen et de l'université de Sao Paulo ont synthétisé et étudié le plus gros superatome de cuivre connu: il contient 43 atomes de cuivre et 12 d'aluminium, protégés par des ligands.

Synthétisé à Munich, cet agrégat stable de 55 métaux comprend 67 électrons, ce qui contrevient à la règle du nombre magique. De plus, il est le premier superatome connu à avoir des électrons non appariés, au nombre de trois, délocalisés sur les différents atomes de l'agrégat. Cela lui confère des propriétés magnétiques jusqu'alors inédites. Celles-ci pourraient être exploitées en spintronique, une technique qui utilise les propriétés magnétiques des atomes, et donc possiblement des superatomes, pour stocker et transférer des données. Les chercheurs impliqués comptent d'abord développer de nouveaux superatomes de ce type et explorer leur chimie particulière.

Références publication:
Jana Weßing, Chelladurai Ganesamoorthy, Samia Kahlal, Rémi Marchal, Christian Gemel, Olivier Cador, Augusto C. H. Da Silva, Juarez L. F. Da Silva, Jean‐Yves Saillard et Roland A. Fischer
The Mackay-type cluster [Cu43Al12](Cp*)12: open-shell 67 electron superatom with emerging metal- like electronic structure.
Angewandte Chemie International Edition – Juillet 2018
DOI: 10.1002/anie.201806039

Contacts chercheur:
- Jean-Yves Saillard, ISCR UMR6226, INSA Rennes, ENSC Rennes, Université de Rennes 1
- Olivier Cador, ISCR UMR6226, INSA Rennes, ENSC Rennes, Université de Rennes 1