元素周期表看起来似乎有很多元素，但化学家和材料科学家想要更多，谢谢。这是因为在设计具有异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类硅超导体——大自然的烹饪书有其局限性。“通常你会想要一个实际上不存在的原子，”哥伦比亚大学化学教授科林·努科尔斯说。由所谓的超原子——表现得像单个元素单元的原子簇——构成的分子可以满足这种需求。超原子可以被赋予使用自然元素组合难以或不可能实现的电子和磁性特性。但是，尽管化学家们几十年来就知道如何制造超原子，但将它们可靠地连接成更大的结构已被证明是难以捉摸的。
现在，努科尔斯的研究团队发现了一种用超原子构建“设计师分子”的方法。这些合成结构可以模仿天然分子的特性，同时使材料科学家能够“调整”它们的特性以匹配特定用途。“你可以很容易地改变超原子分子的化学或磁性特性，而你用原子结构是无法做到的，”努科尔斯说。“这就像给元素周期表增加了一个维度。”
沃尔特·奈特和他在加州大学伯克利分校的合作者在 1984 年通过合成钠原子簇发现了超原子，这些钠原子簇的外层电子的行为类似于单个原子的外层电子，增强了磁性和反应活性。从那时起，科学家们已经用铝、铂、铷和其他元素制造了超原子簇。但是，为了将超原子组合成更大的分子，科学家们需要弄清楚超原子遵循的特殊化学规则，这些规则与元素周期表中的“表亲”不同。
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电子自然地以有序的方式排列在原子核周围，称为构造原理，先占据较低的能级，然后再占据较高的能级。（构造原理在德语中意为“构建”；该原理在量子力学的早期被引入。）基于研究生 Anouck M. Champsaur 的初步发现，努科尔斯的研究团队拼凑出了一个类似于构造原理的原理的开端，用于用超原子制造合成分子。
到目前为止，该团队已经用钴-硒超原子的对和三元组构建了分子。但 Champsaur 和 Nuckolls 认为，超原子构造原理将能够合成更奇特的材料，这些材料在柔性传感器、智能服装和高效电池中具有潜在的应用。努科尔斯说，化学教科书不需要更新它们的元素周期表：“那将是炼金术。”但他表示，超原子分子是“一种获得比大自然赋予你更多的东西的方式”。