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[交流] 金在纳米尺度下“性情大变”

科普：金在纳米尺度下“性情大变”
　
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　作者:张忠霞　　　发表时间:2008-03-05　　　摘自:新华网

　　在正常尺度下，金是出了名的“极不活泼的”金属之一，不易被氧化，也不易被腐蚀。但美国科学家最新研究发现，金在纳米尺度下会“性情大变”，一切似乎都变得皆有可能。

　　他们发现，进入纳米尺度后，金的结构会发生奇异变化，还能具有磁性，甚至发生“金属—绝缘体”转化现象。

　　“在纳米尺度下，连金都变成了一种强效催化剂，表现出了全新的、令人吃惊的化学、机械、电子和磁特性，而且这些特性根本不可能从正常的大尺度下推断或预测，”美国佐治亚理工学院的物理学家乌齐·兰德曼说。

　　兰德曼等人最近在《物理评论通讯》杂志上发表论文说，他们把仅有２０个原子的金纳米簇吸附在氧化镁薄膜表面，然后外加一个电场。结果发现，金纳米簇从三维的金字塔结构变成了二维平面结构。当撤除电场或者改变电场方向时，金纳米簇又会变回三维金字塔结构。科学家认为，金在纳米尺度下的这种形态变化，是由于金纳米簇和氧化镁薄膜交界面处过量电荷积聚造成的。

　　他们还发现，在外加电场作用下，被吸附在氧化镁薄膜表面的金纳米簇化学特性也发生了明显变化，其低温催化作用增强，使一氧化碳更容易被氧化成二氧化碳。

　　在另外一项实验中，科学家发现，金纳米线在有氧条件下被拉伸也会有惊人表现。假如嵌入的是氧原子，金纳米线中的金原子能和旁边的氧原子之间形成磁矩，出现磁性。假如嵌入的是氧分子，就像是为金纳米线添加了“橡皮筋”的特性，使其能被拉伸得比正常情况下更长。在一定长度内，被拉伸的氧化的金纳米线仍能像纯金纳米线一样导电，但超过这一长度它就会变成绝缘体。氧化的金纳米线轻微收缩后，又能恢复导电性。这是科学家首次发现纳米尺度下的“金属－绝缘体”转化现象。

　　科学家说，上述发现具有重要意义，有关研究结果将来有望作为参数来控制纳米尺度下一些材料的特性，有可能用于开发纳米催化剂和控制“金属－绝缘体”转换的纳米开关等。

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1楼 2008-03-07 09:03:46

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Semiconducting chains of gold and silver
Appl. Phys. Lett. 91, 223115 (2007); DOI:10.1063/1.2820450

The authors introduce a geometry for ultrathin Au and Ag wires that ab initio calculations indicate to be more stable than previously considered planar geometries for these systems by about 0.1 eV per atom. This structure is insulating for both metals and for related Ag0.5Au0.5 alloys with gaps of 1.3 eV for Au, 0.8 eV for Ag, and varying between 0.1 and 1.9 eV for the alloys. The insulating nature of the geometry is not a result of Peierls instabilities and is analyzed in terms of an interplay between geometric and electronic structure effects. ©2007 American Institute of Physics

The insulating nature of the geometry