由耶路撒冷希伯来大学纳米科学和纳米技术中心的创始人Uri Banin教授和他的同事、康奈尔大学的Tobias Hanrath教授和Richard Robinson教授组成的研究小组做出了一项革命性的纳米科学发现。
在他们最近发表在《科学》杂志上的一篇题为《无机簇的化学可逆异构化》的论文中，作者证明了缺失的环节是一个“魔法大小的纳米簇”，它连接了物质在巨大和固体体积物质相变和小规模分子异构化中重新排列自身的方式之间的鸿沟。
异构化，即一个分子转化成另一个原子相同但排列不同的分子，在自然界中是很常见的。这种现象通常是在增加能量时触发的，就像光如何促进视网膜中的分子转换，让人类看到;或者橄榄油被加热到高温，异构化成不健康的反式脂肪。虽然石墨和其他类似的块状物质也可以改变相，例如变成钻石，但它们需要大量的能量，而且变化发生得更慢，这种变化会逐渐扩散到分子中。
长期以来，研究人员一直在寻找这两个世界之间的联系——微小的有机材料能够在两种状态之间以一种连贯的方式来回翻转，而巨大的材料变化得更缓慢。这仍然是纳米科学家在绘制和推断从分子异构化到相变的交叉过程中所缺少的神秘环节。为了找到这个桥梁，研究人员必须找到纳米晶体在多大的尺寸下会在一个快速的步骤中改变其内部结构，就像分子在异构化时所做的那样。罗宾逊和巴宁在一次从伊萨卡岛飞往耶路撒冷的意外飞行中发现了这个神奇的数字。
三年前，罗宾逊在巴宁位于希伯来大学的纳米科学实验室休假。鲁滨逊在耶路撒冷的时候，他要求一名国内的研究生寄给他一些特定尺寸的纳米颗粒。
“当他们找到我时，我用光谱仪测量了他们，然后我说，‘等等，你给我的是小颗粒，而不是大颗粒。’”“他说，‘不，我把大的给你送来了，’”罗宾逊回忆说。“我们意识到他们一定是在飞行途中发生了变化。这引发了一系列的问题和实验，最终我们得到了这个新发现。
鲁宾逊、巴宁和汉拉斯推断，这些粒子在从伊萨卡飞往耶路撒冷的途中发生了变化。
在飞机上，货箱里一定有水分，样品的相位发生了变化。
Uri Banin教授，耶路撒冷希伯来大学纳米科学与纳米技术中心创始人
康奈尔大学和希伯来大学的联合研究小组开始分析微小簇分子的这种转变，尤其是“神奇大小的纳米簇”。这些纳米团簇只包含57个原子，这使得它们比普通分子大，但与钻石或石墨等块状物质相比仍然相对较小。研究人员发现，当这些团簇从一种结构或相过渡到另一种结构或相时，其变化是在一个快速的步骤中发生的，就像在微小分子中异构化一样。通过这种方式，研究人员覆盖了分子异构化和体积相变之间难以捉摸的缺失环节。
尽管还需要更多的研究，这些粒子在未来可能会被用作传感器或计算开关，Banin说。此外，这项最新的突破可能会在量子计算方面有应用，甚至可能成为制造更大纳米颗粒的种子。
一百年前，阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)无法预测他的相对论会成为GPS系统和Waze应用程序的基础，而我们现在依赖Waze来导航。纳米团簇是一种可以用来制造其他更大材料的化学物质。能够操纵它们从一种状态到另一种状态的精确转换，在将来可能有许多重要的应用。
Uri Banin教授，耶路撒冷希伯来大学纳米科学与纳米技术中心创始人
——文章发布于2019年2月19日
