الجسيم النانوي الخماسي
التاريخ

يعود تاريخ هذه الجسيمات إلى القرن التاسع عشر، حيث وردت تقارير عن هذه الجسيمات من مؤلفين مثل جاك لويس بورنون في عام 1813 للمارقشيت، وجوستاف روز في عام 1831 للذهب. في علم المعادن ومنشورات التوأمة البلورية يشار إليها على أنها نوع من التوأم الحلقي حيث يحدث ترتيب لعدد من وحدات البلورة المفردة المتطابقة في نمط يُشبه الحلقة حيث تنضم جميعها في نقطة أو خط مشترك. يأتي اسم fiveling من وجود خمسة أعضاء (بلورات مفردة). كانت المنشورات القديمة تعتمد في الأساس على المراقبة، مع معلومات عن العديد من المواد التي وثقها فيكتور مردخاي غولشميدت في أطلس أشكال البلورات . تتوفر رسومات توضح وجودها في المارقشيت والذهب والفضة والنحاس والماس. تستمر أشكال معدنية جديدة ذات بنية خماسية في الظهور، على سبيل المثال، البنتاغونيت ، الذي جرى فك تشفير بنيته لأول مرة في عام 1973، وقد سُمي بهذا الاسم لأنه غالبًا ما يُعثر عليه في شكل التوأمة الخماسية.
بدأت أغلب التحليلات الحديثة بملاحظة شوزو إينو وشيرو أوغاوا لهذه الجسيمات في عامي 1966 و1967، وكذلك العمل المستقل ولكن في وقت لاحق قليلاً الذي قام به جون أولبريس John Allpress وجون فيسي ساندرز John Veysey Sanders. في كلتا الحالتين، كانت دراسة مخصصة لترسيب المعدن في الفراغ   على ركائز في ظروف نظيفة للغاية (فراغ فائق الارتفاع)، حيث توجد جزر نانوية بحجم 10-50 نانومتر، يجري تشكيلها أثناء نمو الغشاء الرقيق. وباستخدام المجهر الإلكتروني النافذ والحيود، أثبت هؤلاء المؤلفون وجود خمس وحدات بلورية مفردة في الجسيمات، وكذلك العلاقات التوأمية. كما لاحظوا أيضًا بلورات مفردة ونوعًا مرتبطًا من الجسيمات النانوية العشرينية . وقد أطلقوا على البلورات الخماسية والعشرينية الوجوه اسم الجسيمات التوأم المتضاعفة. في ذلك العمل المبكر، أمكن تشكيل أشكال شبه مثالية من الجسيمات عشرية الوجوه (هرم ثنائي خماسي) وعشرينية الوجوه، لذلك جرى تسميتها بـ "مجسمات عشرية الوجوه متعددة الأوجه، وهي الأسماء التي ترتبط بتماثلات المجموعة النقطية  لمجسمات عشرية الوجوه ( D_{5h}) وعشروني الوجوه icosahedral ( I_{h}). بالتوازي، وبشكل مستقل على ما يبدو، كان هناك عمل على شعيرات تماس whiskers معدنية أكبر (أسلاك نانوية) والتي أظهرت في بعض الأحيان بنية خماسية متشابهة جدًا، وهو حدث نشر عنه جيرهارد فوم راث Gerhard vom Rath في عام 1877. كان هناك تحليل واسع النطاق إلى حد ما بعد ذلك، وخاصة بالنسبة للجسيمات النانوية، سواء فيما يتعلق ببنيتها الداخلية بواسطة بعض المجاهر الإلكترونية الأولى التي يمكنها التصوير على المستوى الذري، ومن خلال نماذج متواصلة أو ذرية مختلفة كما هو مذكور لاحقًا.
وفي أعقاب هذا العمل المبكر، بُذلت جهود كبيرة، لا سيما في اليابان، لفهم ما كان يُطلق عليه آنذاك "الجسيمات الدقيقة"، والتي يُطلق عليها الآن اسم الجسيمات النانوية. من خلال تسخين عناصر مختلفة بحيث تتبخر الذرات ثم تتكثف في جو من الأرجون الخامل، أمكن إنتاج جزيئات دقيقة من جميع المواد الصلبة الأولية تقريبًا ثم تحليلها باستخدام المجاهر الإلكترونية. عُثر على الجسيمات عشرية السطوح لجميع المواد المكعبة ذات مركز الوجه وبعض المواد الأخرى، غالبًا مع أشكال أخرى.
وفي حين كان هناك بعض العمل المستمر على مدى العقود التالية، فقد كان الفضل يرجع إلى مبادرة التقانة النانوية الوطنية أن أُعيد إشعال الاهتمام الكبير بهذا الموضوع. وفي الوقت نفسه، أصبحت مصطلحات مثل الجسيمات النانوية الخماسية، أو التوأم الخماسي، شائعة في الأوراق البحث المنشورة، إلى جانب الأسماء السابقة. وقد نُشر الآن عدد كبير من الطرق المختلفة لتصنيع هذه الجسيمات النانوية الخماسية، في بعض الأحيان بإنتاجية عالية ولكن غالبًا كجزء من مجموعة أكبر من الأشكال المختلفة. تتراوح هذه الطرق من طرق الحل الغرواني colloidal solution methods إلى طرق الترسيب المختلفةdeposition approaches. أمكن توثيق أن الجسيمات النانوية الخماسية تحدث بشكل متكرر للماس، والذهب والفضة، وأحيانًا للنحاس أو البلاديوم، ونادرًا ما تحدث لبعض المعادن المكعبة ذات الوجه المركزي (fcc) الأخرى مثل النيكل. هناك أيضًا حالات مثل البنتاغونيت حيث يسمح الهيكل البلوري بالتوأمة خماسية الأضلاع مع الحد الأدنى من الإجهاد المرن elastic strain أو عدم وجوده (انظر لاحقًا). أمكن ملاحظتها في بلورات غروانية تتكون من صفوف مرتبة من الجسيمات النانوية، وبلورات مفردة مكونة من جسيمات نانوية عشرية فردية. كان هناك نمذجة واسعة النطاق من خلال العديد من الأساليب المختلفة مثل الذرة المضمنة embedded atom، والجسم المتعدد many body، والديناميكيات الجزيئية، وأساليب الارتباط الضيق tight binding، وطرق نظرية الكثافة الوظيفية، كما ناقشها فرانشيسكا باليتو Francesca Baletto وريكاردو فيراندو Riccardo Ferrando ونُوقشت أيضًا في موضوع energy landscapes لاحقًا.