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金纳米颗粒的原子结构被磷化氢分子(左)和磁场诱导的电子电流保护在一个平面相交于粒子中心(右)。总电子流由两种相反方向循环的分量(副电子流和副电子流)组成。CREDIT University of Jyv�skyl�/Omar Lopez Estrada
金纳米颗粒的原子结构被磷化氢分子(左)和磁场诱导的电子电流保护在一个平面相交于粒子中心(右)。总电子流由两种相反方向循环的分量(副电子流和副电子流)组成。CREDIT University of Jyv�skyl�/Omar Lopez Estrada

文摘:
芬兰Jyvaskyla大学和墨西哥瓜达拉哈拉大学纳米科学中心的研究人员开发了一种方法,可以模拟和可视化金纳米颗粒内磁场诱导的电子电流。该方法有助于在核磁共振测量中准确分析复杂纳米结构内部的磁场效应,并建立了纳米粒子芳香度的定量标准。该研究以开放获取文章的形式发表在《自然通讯》杂志上。

研究人员分析了金纳米颗粒内部的循环电流:一种新方法有助于精确分析复杂纳米结构内部的磁场效应

Jyv�skyl�芬兰|发布于2021年4月30日

根据经典电磁学,在外磁场中运动的带电粒子受到的力使粒子的路径呈圆形。这条物理学的基本定律被用来设计像粒子加速器一样工作的回旋加速器。当纳米尺寸的金属粒子被置于磁场中,磁场会在粒子内部诱导出循环的电子电流。循环的电流反过来又产生了一个与外部磁场相反的内部磁场。这种物理效应被称为磁屏蔽。

屏蔽强度可以用核磁共振谱(NMR)来研究。即使在纳米大小的粒子内,内部的磁屏蔽在原子长度范围内也变化很大。理解这些原子尺度的变化,只有通过运用量子力学理论,每个原子的电子性能制造纳米粒子。

现在,Jyv大学的Hannu H�kkinen教授的研究小组与墨西哥瓜达拉哈拉大学合作,开发了一种计算、可视化和分析复杂3D纳米结构内部循环电子电流的方法。该方法适用于直径仅为1纳米的金纳米粒子。这些计算揭示了先前文献中关于一个金原子被一个铂原子取代时粒子内部磁屏蔽如何变化的核磁共振测量的未解释的实验结果。

基于屏蔽电子电流的总综合强度,提出了一种表征金属纳米粒子内部芳香性的定量方法。

“分子的芳香性是化学中最古老的概念之一,传统上它与类环有机分子和它们的离域价电子密度有关,这些价电子密度可以在外部磁场中产生循环电流。然而,目前尚无公认的芳香度定量标准。我们的方法现在产生了一个新的工具来研究和分析在任何纳米结构内一个原子分辨率的电子电流,在原则上。我们工作的同行审稿人认为这是该领域的重大进步,”协调这项研究的H·凯宁教授说。

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这篇文章的作者包括博士后研究员Omar Lopez Estrada(第一作者),博士生Elli Selenius和H kkinen小组的大学研究员Sami Malola,以及墨西哥Guadalaraja大学的Bernardo Zuniga-Gutierrez教授。计算采用Jyv大学的芬兰计算能力基础设施(FCCI)。

链接到2021年4月30日《自然通讯》上的研究

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联系人:
Hannu H�kkinen

358-400-247-973

版权所有Jyvaskyla大学

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