超级原子

美国弗吉尼亚共同体大学物理学教授施夫·汉纳等人在最近一期的<科学>杂志上发表报告披露，他们成功地发现了由13个铝原子组成的“超级原子”，并将这个“超级原子”命名为AL13，AL是铝的符号，13表示它具有13个普通铝原子。

很早以来科学家就企图寻找由多个单个原子组成的“超级原子”，他们希望这种“超级原子”具有现有单个原子不具有的化学性质，施夫·汉纳等人的工作是一个新突破。施夫·汉纳教授和他的同行——宾夕法尼亚大学物理学家卡斯尔曼教授，首先在实验室中将金属铝制成蒸气，在这个过程中会形成一些由多个铝原子组成的极其微小的球，他们发现由13个铝原子组成的小球最稳定。然后，他们使用质谱仪从铝蒸气中过滤出这些AL13“超级原子”，让它们与呈链形的碘分子发生化学反应。结果发现AL13“超级原子”取代了碘分子中的一个碘原子的位置，其他碘原子也“悬挂”在AL13“超级原子”上，这样就产生了一种新的碘铝化合物，在该碘铝化合物中AL13“超级原子”显示了类似碘原子的性质。

由于现有的门捷列夫元素周期表没有包含这样的“超级原子”，AL13“超级原子”的发现势必导致元素周期表进一步扩大。发现的意义还远不止于此，AL13“超级原子”与碘形成的化合物，既有金属(铝)的性质，也有非金属(碘)的性质。因此人们可以根据扩大了的元素周期表“按图索骥”，寻找特定的新物质。施夫.汉纳教授说，“在人造物质中使用AL13来代替碘，可以研制出导电性能更好的导体，而且AL13还能产生不氧化的铝的颗粒，用做固体火箭发动机燃料，可以解决现在使用铝做燃料的固体火箭发动机因为铝燃烧而出现的难题。”这一发现将在宇宙飞行中获得很大应用。

但是，也从事这方面研究的德国卡尔斯鲁厄大学化学家施诺克尔认为，AL13的研究结果还是纯理论的，没有现实的应用价值。在施诺克尔看来，AL13还不很稳定，用它来制成长期稳定的具有新化学性质的物质，还是“未来之事”。

在美国陆军部的支持下，弗吉尼亚联邦大学物理系教授什夫N·康纳博士带领他的研究小组，经过一系列的理论研究后，对由多个铯原子围绕一个钒原子所组成的原子簇的电学和磁力学特性进行了测定。结果发现，当铯原子数量达到8个时，原子簇变得十分稳定。这种“超级原子”有5个玻尔磁子的磁矩（磁矩是描述微观粒子磁性的物理量），是磁铁中铁原子的两倍多。康纳表示，锰原子也具有类似的磁矩，同样也具有可以紧紧束缚住电子的电子层，因此，“超级原子”可以被看成是一个模拟的锰原子。

康纳指出，铯是良好的导电体，因此，这种“超级原子”就具有了磁性和导电性两大物理特性。而同时具有磁性和导电特性的物质具有重要的应用价值，可能导致分子电子学领域的重大发展，有望广泛用于永久资料存储器、致密集成设备、高速数据处理器等产品设备的制造。

康纳和他的研究小组目前正在对由两个“超级原子”组成的分子进行初步研究，并取得了一些令人鼓舞的结果，有望应用于自旋电子学领域的研究。

此外，研究人员还指出，结合锰原子和金原子，可制造出另一种具有磁矩但不导电的“超级原子”。这样的“超级原子”可能在生物医学领域，如传感器、医学成像和药物释放等方面具有潜在的应用价值。