Isäntäatomia

Isäntäatomia on termi, jota käytetään kuvaamaan atomien muodostamaa perusverkostoa tai isäntäkehyksiä materiaalissa, jossa toiset atomit tai molekyylit voivat esiintyä vieraina. Isäntäatomien ominaisuudet määrittävät ympäristön elektronisen rakenteen, värähtelytunneli- ja diffuosiokäyttäytymisen sekä lopulta monien muiden ominaisuuksien, kuten johtavuuden ja reaktiokyvyn, peruspiirteet. Tämä käsite on keskeinen isäntä–vieras -järjestelmissä, kuten dopatun puolijohteen isäntäverkossa, metallien hydridien isäntäverkossa, grafiitin interkalointiyhdisteissä sekä kapseli- ja klathraattijärjestelmissä.

Vieraat atomit voivat sijaita isäntäverkossa substituutio- (korvaten isäntäatomia) tai interstitiellisesti (asettuen aukkoihin). Isäntäatomien joukko määrittää muun muassa latticein tilan, phononien spektrin ja diffuusioreittejä, jolloin vierasosien vaikutukset riippuvat isäntäverkoston rakenteesta ja stabiilisuudesta. Esimerkkejä: dopatut puolijohteet, joissa pi- tai Ge-isäntäverkko saa vieraita dopantteja kuten bor tai fosfor; metallien hydridit, joissa vety on vieras ainesosa isäntäverkossa; grafiitti- tai grafeenipohjaiset järjestelmät, joissa isäntäkerrokset muodostavat isäntäverkon ja litium tai muut vieraat kuljetus- tai tallennusaineet toimivat vieraana; sekä klathraatti- ja hydratiiviset järjestelmät, joissa isäntäverkosto muodostaa tilat vieraiden kaasujen tai molekyylien vangitsemiseksi.

Tutkimuksessa isäntäatomien roolia selvitetään kokeellisesti ja teoreettisesti erilaisten menetelmien avulla, kuten neutroni- ja röntgensäteilyn diffraktio, spektroskopia sekä tiukkaa laskentaa (DFT, molekulaarinen dynaikka). Isäntäatomia on siten keskeinen käsite materiaalien suunnittelussa, energian varastoinnissa sekä katalyyseissä, joissa ympäristön ominaisuudet ovat ratkaisevia vierasainesosien toiminnalle.