En física, el término cúmulos se refiere a partículas poliatómicas pequeñas. Como regla general, cualquier partícula formada por entre 3×10 0 y 3×10 7 átomos se considera un cúmulo.
El término también puede referirse a la organización de protones y neutrones dentro de un núcleo atómico, por ejemplo, la partícula alfa (también conocida como "cúmulo α" [1] ), que consta de dos protones y dos neutrones (como en un núcleo de helio ).
Aunque los primeros informes de especies de cúmulos datan de la década de 1940, [2] la ciencia de cúmulos surgió como una dirección de investigación separada en la década de 1980. Un propósito de la investigación era estudiar el desarrollo gradual de los fenómenos colectivos que caracterizan a un sólido a granel . Por ejemplo, estos son el color de un cuerpo, su conductividad eléctrica, su capacidad para absorber o reflejar la luz y los fenómenos magnéticos como el ferro-, ferri- o antiferromagnetismo. Estos son fenómenos colectivos típicos que solo se desarrollan en un agregado de una gran cantidad de átomos.
Se descubrió que los fenómenos colectivos se descomponen para tamaños de cúmulos muy pequeños. Resultó, por ejemplo, que los cúmulos pequeños de un material ferromagnético son superparamagnéticos en lugar de ferromagnéticos. El paramagnetismo no es un fenómeno colectivo, lo que significa que el ferromagnetismo del macroestado no se conserva al pasar al nanoestado. Entonces se planteó la pregunta, por ejemplo, "¿Cuántos átomos necesitamos para obtener las propiedades metálicas o magnéticas colectivas de un sólido?" Poco después de que se desarrollaran las primeras fuentes de cúmulos en 1980, una comunidad cada vez mayor de científicos de cúmulos se dedicó a tales estudios.
Este desarrollo condujo al descubrimiento de los fulerenos en 1986 y de los nanotubos de carbono unos años más tarde.
En ciencia, se sabe mucho sobre las propiedades de la fase gaseosa ; sin embargo, se sabe relativamente poco sobre las fases condensadas (la fase líquida y la fase sólida ). El estudio de los cúmulos intenta llenar este vacío de conocimiento mediante la agrupación de átomos y el estudio de sus características. Si se agruparan suficientes átomos, se obtendría un líquido o un sólido.
El estudio de los cúmulos atómicos y moleculares también beneficia al campo en desarrollo de la nanotecnología . Si se van a fabricar nuevos materiales a partir de partículas a escala nanométrica, como nanocatalizadores y computadoras cuánticas , primero deben entenderse las propiedades de las partículas a escala nanométrica (los cúmulos).