Professori Hannu Häkkisen tutkimusryhmä selvitti laskennallisesti alkusyksystä 2007 kuudessa viikossa kolmen maan supertietokoneresursseilla yhdysvaltalaisen Roger Kornbergin tutkimusryhmän havaitseman 102 kulta-atomin muodostaman partikkelin atomirakenteen stabiilisuuden ja elektronirakenteen ominaisuudet. Tutkimusta rahoitti Suomen Akatemia.

Hankkeessa hyödynnettiin CSC:n ja DEISA:n (Distributed European Infrastructure for Supercomputing Application) myöntämiä laskentaresursseja. Suomessa käytettiin CSC:n Cray-HP-supertietokoneita, Saksassa Jülichin IBM-klusteria ja BlueGene-supertietokonetta sekä Ruotsissa PDC:n supertietokonetta.

Tutkimuksen päätyökaluna toimivat tiheysfunktionaaliteoriaan perustuvat massiivisesti rinnakkaistuvat avoimet GPL-lisensoidut laskentakoodit GPAW ja CP2K. Kulta-atomin elektronirakenne otettiin huomioon skalaarirelativistisella tasolla ottaen valenssiluvuksi 11.

Laskentaprojektin aikana Häkkisen ryhmässä toimivat post doc -tutkijat Michael Walter ja Olga Lopez-Acevedo osallistuivat aktiivisesti GPAW-ohjelmiston kehitykseen TEKES-rahoitteisessa projektissa yhdessä CSC:n TTY:n, TKK:n ja Kööpenhaminan DTU:n ryhmien kanssa.

Häkkisen ohella kultananopartikkeleiden rakenteen laskennalliseen mallintamiseen osallistuivat erikoistutkija Jaakko Akola, Pentti Frondelius, Olga Lopez-Acevedo, Michael Walters ja Karoliina Honkala Jyväskylä yliopistosta sekä professori Henrik Grönbeck Göteborgissa toimivasta Chalmers University of Technologysta.

Visualisointi nanometrikokoisten, kemiallisesti suojattujen kultapartikkelien atomirakenteista. Partikkelien keltaisen kultaytimen päällä on tiolaattimolekyylien (SR) ja kulta-atomien (oranssi) muodostama kemiallisesti suojaava kerros. Tiolaattimolekyylit koostuvat rikistä (keltainen), hiilestä (harmaa), hapesta (punainen) ja vedystä (valkoinen).
(c) Hannu Häkkinen

Mika Remes

Lisätietoja:

O. Lopez-Acevedo, J. Akola, R.L. Whetten, H. Grönbeck, H. Häkkinen, "Structure and Bonding in the Ubiquitous Icosahedral Metallic Gold Cluster Au144(SR)60", J. Phys. Chem. C (Letter) 113, 5035 (2009) (The Journal of Physical Chemistry/kansikuva artikkeli)

H. Häkkinen, "Atomic and electronic structure of gold clusters: understanding flakes, cages and superatoms from simple concepts", Chem. Soc. Rev. 37, 1847 (2008).

J. Akola, M. Walter, R.L. Whetten, H. Häkkinen and H. Grönbeck, "On the structure of thiolate-protected Au25",  J. Am. Chem. Soc. 130, 3756-3757 (2008).

M. Walter, J. Akola, O. Lopez-Acevedo, P. D. Jadzinsky, G. Calero, C. J. Ackerson, R. L. Whetten, H. Grönbeck, H. Häkkinen, "A unified view of ligand-protected gold clusters as superatom complexes ", Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 105, 9157 (2008)

H. Häkkinen, M. Walter and H. Grönbeck, "Divide and Protect: Capping Gold Nanoclusters with Molecular Gold-Thiolate rings", J. Phys. Chem. B 110, 9927-9931 (2006)

DEISAn NANOGOLD-projekti

Visualisointi nanometrikokoisten, kemiallisesti suojattujen kultapartikkelien atomirakenteista. Partikkelien keltaisen kultaytimen päällä on tiolaattimolekyylien (SR) ja kulta-atomien (oranssi) muodostama kemiallisesti suojaava kerros. Tiolaattimolekyylit koostuvat rikistä (keltainen), hiilestä (harmaa), hapesta (punainen) ja vedystä (valkoinen).
(c) Hannu Häkkinen