Nghiên cứu này của nhóm tác giả là nghiên cứu viên Viện Khoa học và Công nghệ Tính toán: anh Dương Văn Long, anh Phạm Tấn Hùng, và anh Nguyễn Minh Tâm dưới sự cố vấn của Giáo sư Nguyễn Minh Thọ, được công bố lần đầu trên tạp chí Physical Chemistry Chemical Physics ngày 29/07/2014, có chỉ số ảnh hưởng (IF) là 4,123.
.
Bo là một nguyên tố thú vị với tính chất thiếu điện tử trong bảng hệ thống tuần hoàn. Thiếu năm điện tử trong lớp vỏ hóa trị 2p cho phép Bo nhận thêm điện tử để hình thành các trạng thái có số phối trí cao. Thú vị hơn nữa, đặc tính bán kính hóa trị ngắn của Bo thường kéo theo sự hình thành các liên kết mạnh và là các liên kết hóa học không cổ điển. Vì vậy, nguyên tố Bo có khả năng là cơ sở để hình thành nên các loại vật liệu với kích thước không bị giới hạn bằng cách liên kết đồng hóa trị với chính nó. Các dạng cấu trúc hình học của cluster Bo từ cấu trúc 2D (cấu trúc phẳng hoặc giả phẳng) tới dạng 3D (ống, khối lồi, lồng, cầu, fullerene, …) được dự đoán dựa trên “nguyên lý Aufbau”, và nhiều cấu trúc đã được xác định từ thực nghiệm. Điều này gợi lên sự chồng lấp của một vài cơ chế phát triển của các cluster Bo. Nhiều dạng thù hình mới của cluster Bo đã được tìm thấy gần đây như cấu trúc dạng lồng ở kích thước nano, dạng ống ở kích thước nano (nanotube).
.
Tiếp nối nghiên cứu về dạng nanotube của cluster Bo với dạng hình trụ bởi hai vòng Bo, cấu trúc nanotube ba vòng Bo lần đầu tiên được nhóm nghiên cứu tìm thấy ở B₂₇. Cấu trúc hình học và các đặc tính hóa học của hệ cluster B₂₇ ở các trạng thái dication, cation, trung hòa, anion, và dianion đã được nhóm nghiên cứu khảo sát. Trong cả trạng thái cation và trung hòa, cấu trúc vòng ba dạng hình ống lần đầu tiên được tìm thấy là bền nhất cho cluster bo. Ở trạng thái anion và dianion, các cấu trúc giả phẳng chiếm ưu thế nhờ vào hiệu ứng tích điện (hiệu ứng được nhóm tác giả tìm thấy và công bố trước đó). Cấu hình điện tử cho dạng ống như B₂₇⁺ thường được giải thích thông qua mô hình lõi (shell model), mô hình có nguồn gốc từ cấu trúc dạng hình cầu. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu nhận thấy sự khác biệt lớn giữa hai dạng cấu hình này sẽ dẫn đến sự không đúng đắn trong việc áp dụng mộ hình lõi vào cấu trúc B₂₇⁺ ba vòng này. Từ đó, nhóm tiến hành giải phương trình Schrӧdinger cho hạt chuyển động trong hình trụ rỗng. Kết quả đạt được không những áp dụng hoàn hảo cho cấu hình điện tử của B₂₇⁺ mà còn được ứng dụng để giải thích cho tính cộng hưởng của chuỗi các cấu trúc hai vòng boron như B₂₀, B₂₄, … Bên cạnh đó, cấu trúc điện tử của các nanotube ở kích thước lớn hơn sẽ được giải thích từ mô hình hạt chuyển động trong khối lăng trụ rỗng từ công bố này.
.
Xem toàn bộ bài báo bằng tiếng Anh tại đây.
.

Tác giả: Dương Văn Long
Biên tập: Nguyễn Thanh Ngọc