元素週期表看起來似乎有很多元素，但化學家和材料科學家想要更多，謝謝。這是因為在設計具有異常有用特性的合成材料的探索中——例如，具有木材生物降解性的類矽超導體——大自然的烹飪書有其侷限性。“通常你會想要一個實際上不存在的原子，”哥倫比亞大學化學教授科林·努科爾斯說。由所謂的超原子——表現得像單個元素單元的原子簇——構成的分子可以滿足這種需求。超原子可以被賦予使用自然元素組合難以或不可能實現的電子和磁性特性。但是，儘管化學家們幾十年來就知道如何製造超原子，但將它們可靠地連線成更大的結構已被證明是難以捉摸的。
現在，努科爾斯的研究團隊發現了一種用超原子構建“設計師分子”的方法。這些合成結構可以模仿天然分子的特性，同時使材料科學家能夠“調整”它們的特性以匹配特定用途。“你可以很容易地改變超原子分子的化學或磁性特性，而你用原子結構是無法做到的，”努科爾斯說。“這就像給元素週期表增加了一個維度。”
沃爾特·奈特和他在加州大學伯克利分校的合作者在 1984 年透過合成鈉原子簇發現了超原子，這些鈉原子簇的外層電子的行為類似於單個原子的外層電子，增強了磁性和反應活性。從那時起，科學家們已經用鋁、鉑、銣和其他元素製造了超原子簇。但是，為了將超原子組合成更大的分子，科學家們需要弄清楚超原子遵循的特殊化學規則，這些規則與元素週期表中的“表親”不同。
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電子自然地以有序的方式排列在原子核周圍，稱為構造原理，先佔據較低的能級，然後再佔據較高的能級。（構造原理在德語中意為“構建”；該原理在量子力學的早期被引入。）基於研究生 Anouck M. Champsaur 的初步發現，努科爾斯的研究團隊拼湊出了一個類似於構造原理的原理的開端，用於用超原子製造合成分子。
到目前為止，該團隊已經用鈷-硒超原子的對和三元組構建了分子。但 Champsaur 和 Nuckolls 認為，超原子構造原理將能夠合成更奇特的材料，這些材料在柔性感測器、智慧服裝和高效電池中具有潛在的應用。努科爾斯說，化學教科書不需要更新它們的元素週期表：“那將是鍊金術。”但他表示，超原子分子是“一種獲得比大自然賦予你更多的東西的方式”。