來自喬治亞理工學院（Georgia Institute of Technology，亞特蘭大）、斯坦福大學（Stanford University，加州）、Jyv?skyl?大學（the University of Jyvskyl，芬蘭）和查爾姆斯理工大學（Chalmers University of Technology，瑞典）的研究人員發現了微小磁性金納米團簇的穩定性與電子特性背后的原理。金和硫原子以特定數目和極其對稱的幾何形狀聚集在一起，能夠模擬其他元素單個原子的化學性質。研究人員發現這些團簇是穩定的，因為它們可以像“超原子”一樣發揮作用，并且具有“分組與保護”的鍵接結構。

　　根據喬治亞理工學院的物理學院和化學與生物化學學院Robert Whetten教授介紹，盡管金納米顆粒廣泛應用于許多領域，但是無人能完全了解它們的分子結構和生理化學特性。研究人員使用金納米顆粒，主要是因為其穩定性和獨特的光學、電子、電氣化學和生物標記特性。

　　2007年，斯坦福的研究人員首先報道了對金團簇的第一份測定結果，該團簇由102個原子組成。其X-射線結構研究表明，有機硫（硫醇基）基團從金層中提取金原子，形成一個線性的硫醇基-金-硫醇基橋，同時微弱地與底層金屬表面相互作用。形成了一個圍繞著納米顆粒的“保護性外殼”，這與硫原子只能在最上層金層之上并與三個臨近的金屬原子結合的觀念相抵觸。這樣首次獲得了原子坐標——在某一團簇中所有原子的位置。

　　102個原子組成的金團簇“超原子”具有一個由79個原子組成的核心，這些原子形成一個截斷的十面體。圍繞這個核心，23個金原子連著硫醇基。研究結果證實了“分組與保護”結構，也就是說金原子自身分成兩組——構成金屬核心的原子和保護該核心的原子。

　　在團簇中，每個金原子貢獻一個價電子。其中44個電子中被固定在金原子與硫醇基之間的化合鍵中，剩下的58個填充在一個圍繞這個超原子的電子殼層上。因為團簇無需添加或減少電子，所以結構穩定。除此之外，還有一個主能隙。“對于由102個原子組成的化合物，在最高占據的分子軌道與最低未占據的分子軌道狀態之間，能隙非常顯著：據計算為0.5 eV。通常金屬的能隙為0。”Whetten表示，并補充說這意味著非典型的電子穩定性。

　　研究人員對于這種結構的化學鍵接、化學結構和電子原理的本質曾經進行了多年的觀察。但并未完全了解常見的含硫分子是如何結合到金屬金上的；并且不為人所知的是，如此巨大的金屬團簇具有分子級的精度，而不是形成一個任意形狀的集合體。令人驚訝的是，像金銀這樣的薄層普通金屬，對其化學和應用金屬化學特性仍知之甚少。

　　該研究打開了一扇大門，可能出現其他驚人的發現。“在這個復合物中58個電子的行為似乎與軌道細節無關，它們就像是一個巨大超原子的一部分，遵循自身電子殼層結構。”Whetten說道，“這些電子進入一種精密模式并且在最高占據能級和最低未占據能級之間打開了巨大的能隙。形成的結果似乎在周期表中具有10個電子的氖到具有1個電子的鈉之間；存在更高的電子穩定性。”