En física, el término clusters denota 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 sobre especies agrupadas se remontan a la década de 1940, [2] la ciencia de las agrupaciones surgió como una dirección de investigación separada en la década de 1980. Uno de los objetivos de la investigación era estudiar el desarrollo gradual de los fenómenos colectivos que caracterizan a un sólido en masa . Estos son, por ejemplo, el color de un cuerpo, su conductividad eléctrica, su capacidad para absorber o reflejar la luz y fenómenos magnéticos como el ferro, ferri o antiferromagnetismo. Se trata de fenómenos colectivos típicos que sólo se desarrollan en la combinación de un gran número de átomos.
Se descubrió que los fenómenos colectivos se descomponen en grupos de tamaño muy pequeño. Resultó, por ejemplo, que los pequeños grupos de 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 conservó 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 clusters en 1980, una comunidad cada vez mayor de científicos de clusters participó en dichos estudios.
Este desarrollo condujo al descubrimiento de los fullerenos 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 comparativamente poco sobre las fases condensadas (la fase líquida y la fase sólida ). El estudio de los grupos intenta cerrar esta brecha de conocimiento agrupando átomos y estudiando sus características. Si se agruparan suficientes átomos, eventualmente se obtendría un líquido o un sólido.
El estudio de agrupaciones atómicas y moleculares también beneficia al campo en desarrollo de la nanotecnología . Si se van a fabricar nuevos materiales a partir de partículas a nanoescala, como nanocatalizadores y computadoras cuánticas , primero se deben comprender las propiedades de las partículas a nanoescala (los grupos).