Cluster (física)

Ilustració d'un buckminsterfullereno que és un clúster d'àtoms

Un clúster, en física i química, fa referència a les agrupacions chicotetes d'àtoms. Com a regla general, qualsevol partícula d'entre 3 i 3x10⁷ àtoms es considera un clúster.

El terme també pot referir-se a l'organisació de protones i neutrons dins d'un núcleu atòmic, per eixemple, la partícula alfa (també coneguda com "α-cluster"), formada per dos protones i dos neutrons (com en un núcleu d'heli).

Visió general

Encara que els primers informes sobre espècies de clúster es remonten a la década de 1940, la ciència dels clúster va sorgir com una llínea d'investigació independent en els anys 80. Un dels objectius de l'investigació era estudiar el desenroll gradual de fenomens colectius que caracterisen a un sòlit a granel. Per eixemple, el color d'un cos, el seu conductivitat elèctrica, la seua capacitat per a absorbir o reflectir la llum i fenomens magnètics com el ferro, ferri o antiferromagnetismo. Es tracta de fenomens colectius típics que només es desenrollen en un agregat d'un gran número d'àtoms.

Es va descobrir que els fenomens colectius es descomponen quan el tamany de les agrupacions és molt menut. Va resultar, per eixemple, que els grups menuts d'un material ferromagnético són superparamagnéticos en lloc de ferromagnéticos. El paramagnetisme no és un fenomen colectiu, lo que significa que el ferromagnetisme del macroestado no es conservava en passar al nanoestado. Llavors es va plantejar, per eixemple, la pregunta: "¿Quants àtoms necessitem per a obtindre les propietats metàliques o magnètiques colectives d'un sòlit?". Poc en acabant de que es desenrollaren les primeres fonts de clústers en 1980, una comunitat cada volta més àmplia de científics de clústers es va dedicar a estos estudis.

Este desenroll va conduir al descobriment dels fullerenos en 1986 i dels nanotubos de carbono uns anys més tart.

En la ciència, se sap molt sobre les propietats de la fase gaseosa; no obstant, se sap comparativament poc sobre les fases condensadas (la fase líquida i la fase sòlida.) L'estudi dels clusters intenta caramullar este estany de coneiximent agrupant àtoms i estudiant les seues característiques. Si s'agruparen suficients àtoms, s'obtindria un líquit o un sòlit.

L'estudi de les agrupacions atòmiques i moleculars també beneficia al camp en desenroll de la nanotecnología. Per a fabricar nous materials a partir de partícules a nanoescala, com nanocatalizadores i ordenadors quàntics, primer cal conéixer les propietats de les partícules a nanoescala (els clusters).