Tá an domhan thart orainn mar thoradh comhpháirteach ar go leor feiniméin agus próisis ó éagsúlacht eolaíochtaí, tá sé beagnach dodhéanta a shonrú ar an gceann is tábhachtaí. In ainneoin méid áirithe iomaíochta, tá gnéithe comhchosúla ag go leor gnéithe d’eolaíochtaí áirithe. Glacaimid céimseata mar shampla: tá cruth áirithe ag gach rud a fheicimid, agus is é ciorcal, ciorcal, sféar, liathróid (treocht san aghaidh) ceann de na cinn is coitianta sa nádúr. Léirítear an fonn a bheith sféarúil sna pláinéid agus sna braislí adamhacha araon. Ach tá eisceacht ar na rialacha i gcónaí. Fuair eolaithe ó Ollscoil Leuven (an Bheilg) amach nach bhfuil adaimh óir mar bhraislí sféarúla ach pirimideacha. Cad is cúis le hiompar neamhghnách na n-adamh óir, cad iad na hairíonna atá ag pirimidí luachmhara, agus conas is féidir an fionnachtain seo a chur i bhfeidhm go praiticiúil? Foghlaimímid faoi seo ó thuarascáil na n-eolaithe. Téigh.
Bonn taighde
Tá a fhios go bhfuil braislí neamhghnácha d'adamh óir ann le tamall maith anuas. Tá airíonna ceimiceacha agus leictreonacha neamhghnácha ag na struchtúir seo, agus is é sin an fáth nach bhfuil ach méadú tagtha ar an spéis iontu thar na blianta. Dhírigh formhór na staidéar ar staidéar a dhéanamh ar spleáchais tríthoiseacha, ach éilíonn staidéar den sórt sin sintéis rialaithe agus tomhais ardchruinneas.
Ar ndóigh, tá cineálacha éagsúla braislí ann, ach is é Au20 an ceann is coitianta le haghaidh staidéir, is é sin, braisle de 20 adamh óir. Tá a tóir mar gheall ar a ard-siméadrach tetrahedral* struchtúr agus ionadh mór HOMO-LUMO (HL) de réir bearna (bearna)*.
Tetrahedron* - polyhedron le ceithre thriantán mar aghaidheanna. Má mheasann muid gurb é ceann de na aghaidheanna an bonn, is féidir pirimid triantánach a thabhairt ar an tetrahedron.
bearna (bearna) HOMO-LUMO* — Is cineálacha fithiseán móilíneacha iad HOMO agus LUMO (feidhm mhatamaiticiúil a chuireann síos ar iompar tonnta leictreon i móilín). Seasann HOMO don fhithis mhóilíneach áitithe is airde, agus seasann LUMO don fhithis mhóilíneach neamháitithe is ísle. Líonann leictreoin mhóilín sa bhunstaid gach fithiseán leis an bhfuinneamh is ísle. Tugtar HOMO ar an bhfithiseán a bhfuil an fuinneamh is airde aige i measc na cinn líonta. Ina dhiaidh sin, is é LUMO an fithiseán fuinnimh is ísle. Tugtar bearna HOMO-LUMO ar an difríocht fuinnimh idir an dá chineál orbitals seo.
Léirigh speictreascópacht photoelectron de Au20 gurb é 1.77 eV an bhearna HOMO-LUMO.
Léirigh insamhaltaí a rinneadh ar bhonn teoiric fheidhmiúil dlúis (modh chun struchtúr leictreonach na gcóras a ríomh) gur féidir difríocht fuinnimh den sórt sin a bhaint amach go heisiach trí phirimid tetrahedral de shiméadracht Td (siméadracht teitrihéideach), arb í an chéimseata is cobhsaí do an bhraisle Au20.
Tugann eolaithe faoi deara gur thug taighde roimhe seo ar Au20 torthaí thar a bheith míchruinn mar gheall ar chastacht an phróisis. Roimhe seo, baineadh úsáid as micreascóp leictreon scanadh tarchurtha, rinne ard-fhuinneamh an bhíoma na torthaí breathnóireachta a shaobhadh: breathnaíodh luaineacht leanúnach Au20 idir cumraíochtaí struchtúracha éagsúla. I 5% de na híomhánna a fuarthas, bhí braisle Au20 tetrahedral, agus sa chuid eile bhí a céimseata go hiomlán neamhord. Mar sin, is ar éigean a d’fhéadfaí 20% cruthaithe a thabhairt ar struchtúr tetrahedral AuXNUMX ar fhoshraith déanta de, mar shampla, de charbón éagruthach.
Sa staidéar atá á athbhreithniú againn inniu, chinn na heolaithe modh níos míne a úsáid chun staidéar a dhéanamh ar Au20, eadhon micreascópacht tollánaithe (STM) a scanadh agus speictreascópacht tollánaithe a scanadh (STS). Ba iad na cuspóirí breathnadóireachta ná braislí Au20 ar scannáin ultratanaí NaCl. Cheadaigh STM dúinn siméadracht triantánach an struchtúir pirimide a dhearbhú, agus d'éirigh le sonraí STS an bhearna HOMO-LUMO a ríomh, a bhí chomh mór le 2.0 eV.
Ullmhú le haghaidh taighde
Fásadh an ciseal NaCl ar fhoshraith Au(111) ag baint úsáide as sil-leagan ceimiceach gaile ag 800 K i seomra STM faoi choinníollacha folús ard.
Táirgeadh iain bhraisle Au20 trí shocrú sputtering maighnéadrón agus méid a roghnaíodh ag baint úsáide as mais-scagaire ceathairphoill. D'oibrigh an fhoinse sputtering i mód leanúnach agus tháirg sé codán mór de bhraislí luchtaithe, a chuaigh isteach sa mais-scagaire ceathairphoill ina dhiaidh sin. Cuireadh braislí roghnaithe i dtaisce ar fhoshraith NaCl/Au(111). Maidir le sil-leagan ísealdlúis, b'ionann an flosc braisle agus 30 pA (picoamps) agus ba é 9 nóiméad an t-am sil-leagan do thaisceadh ard-dlúis, b'ionann é agus 1 nA (nanaamps) agus 15 nóiméad. Ba é an brú sa seomra ná 10-9 mbar.
Torthaí taighde
Cuireadh braislí Au20 anionic ollroghnaithe le dlús clúdaigh an-íseal ag teocht an tseomra ar oileáin ultratanaí NaCl, lena n-áirítear 2L, 3L, agus 4L (sraitheanna adamhacha).
Íomhá #1
Ar 1А Is féidir a fheiceáil go bhfuil trí chiseal ag an chuid is mó de na NaCl fásta, áitíonn limistéir le dhá agus ceithre shraith limistéar níos lú, agus tá limistéir 5L beagnach as láthair.
Fuarthas braislí Au20 sna réigiúin trí agus ceithre shraith, ach ní raibh siad in 2L. Mínítear é seo ag an bhfíric gur féidir le Au20 dul trí 2L NaCl, ach i gcás 3L agus 4L NaCl, coinnítear ar a ndromchla é. Ag dlús sciath íseal thart ar 200 x 200 nm, breathnaíodh ó 0 go 4 braisle gan aon chomharthaí de cheirtleán Au20 (carnadh).
Mar gheall ar fhriotaíocht ró-ard 4L NaCl agus an éagobhsaíocht nuair a scanadh Au20 aonair ar 4L NaCl, dhírigh na heolaithe ar staidéar a dhéanamh ar bhraislí ar 3L NaCl.
Íomhá #2
Léirigh micreascópacht braislí i 3L NaCl gurb é a n-airde ná 0.88 ± 0.12 nm. Tá an figiúr seo ag teacht go sármhaith leis na torthaí samhaltaithe, a thuar airde 0.94 ± 0.01 nm (2А). Léirigh micreascópacht freisin go bhfuil cruth triantánach ag roinnt braislí agus adamh protruding amháin ag an mbarr, rud a dhearbhaíonn go praiticiúil taighde teoiriciúil maidir le cruth pirimideach struchtúr Au20 (2B).
Tugann eolaithe faoi deara go bhfuil sé thar a bheith deacair míchruinneas áirithe a sheachaint agus rudaí fíorbheaga tríthoiseacha á n-amharcléiriú, mar bhraislí Au20. Chun na híomhánna is cruinne a fháil (ó thaobh adamhach agus céimseata araon), b'éigean leas a bhaint as barr micreascóp Cl-fheidhmithe a bhí géar ó thaobh adamhach de. Aithníodh cruth pirimideach in dhá bhraisle (1V и 1S), a léirítear íomhánna tríthoiseacha díobh i 1D и 1E, faoi seach.
Cé go léiríonn an cruth triantánach agus an dáileadh airde go gcoimeádann na braislí taiscthe cruth pirimid, íomhánna STM (1V и 1S) nach dtaispeánann struchtúir teitrihéidreacha foirfe. An uillinn is mó sa ghrianghraf 1V timpeall 78°. Agus tá sé seo 30% níos mó ná 60° le haghaidh tetrahedron idéalach le siméadracht Td.
B’fhéidir go bhfuil dhá chúis leis seo. Ar an gcéad dul síos, tá míchruinneas san íomháú féin, de bharr castacht an phróisis seo agus toisc nach bhfuil barr an tsnáthaid micreascóp docht, agus féadann sé seo na híomhánna a shaobhadh freisin. Tá an dara cúis mar gheall ar shaobhadh inmheánach an Au20 tacaithe. Nuair a thagann braislí Au20 le siméadracht Td i dtír ar laitís cearnach NaCl, déanann an neamhréir siméadrachta struchtúr teitrihéadrach idéalach Au20 a shaobhadh.
D'fhonn a fháil amach an chúis atá le diallais den sórt sin sna grianghraif, rinne na heolaithe anailís ar shonraí maidir le siméadracht trí struchtúir optamaithe Au20 ar NaCl. Mar thoradh air sin, fuarthas amach nach bhfuil na braislí ach beagán saobhadh ón struchtúr tetrahedral idéalach le siméadracht Td le diall uasta i suíomhanna adamhach de 0.45. Mar sin, is toradh iad saobhadh sna híomhánna ar mhíchruinneas sa phróiseas íomháithe féin, agus ní ar aon chlaonadh sa sil-leagan de bhraislí ar an tsubstráit agus/nó ar an idirghníomhú eatarthu.
Ní hamháin gur comharthaí soiléire iad na sonraí topagrafacha ar struchtúr pirimideach braisle Au20, ach freisin bearna HL sách mór (thart ar 1.8 eV) i gcomparáid le Au20 eile. isiméirí* le fuinneamh níos ísle (go teoiriciúil faoi bhun 0.5 eV).
Isiméirí* - struchtúir atá comhionann ina gcomhdhéanamh adamhach agus ina meáchan móilíneach, ach atá éagsúil ina struchtúr nó ina leagan amach adamh.
Anailís ar airíonna leictreonacha braislí arna dtaisceadh ar fhoshraith ag baint úsáide as speictreascópacht tollánaithe scanadh (1F) gur féidir an speictream seoltachta difreálach (dI/dV) de bhraisle Au20 a fháil, a thaispeánann bearna banda mór (Eg) cothrom le 3.1 eV.
Ós rud é go bhfuil an braisle roinnte go leictreach trí scannáin NaCl inslithe, cruthaítear acomhal tollán dúbailte-bhacainn (DBTJ), rud a fhágann éifeachtaí tollánaithe aon-leictreon. Mar sin, tá an neamhleanúnachas sa speictream dI/dV mar thoradh ar chomhobair an neamhleanúnachais chandamach HL (EHL) agus an fuinneamh clasaiceach Coulomb (Ec). Léirigh tomhais na sosanna sa speictream ó 2.4 go 3.1 eV ar feadh seacht mbraisle (1F). Tá na neamhleanúnachas breathnaithe níos mó ná na neamhleanúnachais HL (1.8 eV) i gcéim gháis Au20.
Tá éagsúlacht na sosanna i mbraislí éagsúla mar gheall ar an bpróiseas tomhais féin (suíomh na snáthaide i gcoibhneas leis an mbraisle). Ba é 3.1 eV an bhearna ba mhó a tomhaiseadh sa speictream dI/dV. Sa chás seo, bhí an rinn suite i bhfad ón gcnuasach, rud a d'fhág go raibh an toilleas leictreach idir an rinn agus an braisle níos lú ná an méid idir an braisle agus an tsubstráit Au(111).
Ansin, rinneamar ríomhanna ar réabtha HL de bhraislí Au20 saor in aisce agus iad siúd atá suite ar 3L NaCl.
Taispeánann Graf 2C cuar dlúis insamhlaithe na staide do theitrihéadrán Au20 gás-chéim a bhfuil bearna HL de 1.78 eV aige. Nuair a bhíonn an braisle suite ar 3L NaCl/Au(111), méadaítear saobhadh agus laghdaítear an bhearna HL ó 1.73 go 1.51 eV, atá inchomparáide leis an mbearna HL de 2.0 eV a fuarthas le linn tomhais thurgnamhach.
I staidéir roimhe seo, fuarthas amach go bhfuil bearna HL de thart ar 20 eV ag isiméirí Au0.688 le struchtúr Cs-siméadrach, agus struchtúir le siméadracht éagruthach - 0.93 eV. Agus na tuairimí seo agus torthaí na dtomhas á gcur san áireamh, tháinig na heolaithe ar an tátal nach féidir bearna banna mór a bheith ann ach amháin faoi choinníollacha struchtúr pirimideach tetrahedral.
Ba é an chéad chéim eile den taighde ná staidéar a dhéanamh ar idirghníomhaíochtaí braisle, ar cuireadh níos mó Au3 (dlús méadaithe) i dtaisce ar an tsubstráit 111L NaCl/Au(20).
Íomhá #3
Ar an íomhá 3А taispeántar íomhá topagrafach STM de bhraislí taiscthe. Breathnaítear thart ar 100 braisle sa limistéar scanadh (100 nm x 30 nm). Tá méideanna na mbraislí idirghníomhacha ar 3L NaCl níos mó ná nó cothrom le méideanna na ndaoine a ndearnadh staidéar orthu i dturgnaimh le braislí aonair. Is féidir é seo a mhíniú trí idirleathadh agus ceirtleán (clumping) ar dhromchla NaCl ag teocht an tseomra.
Is féidir carnadh agus fás na mbraislí a mhíniú trí dhá mheicníocht: aibiú Ostwald (athdhlúthú) agus aibiú Smoluchowski (méadú na n-oileán). I gcás aibiú Ostwald, fásann braislí níos mó ar chostas na cinn níos lú, nuair a bhíonn adaimh an dara ceann scartha uathu agus idirleata isteach sna cinn in aice láimhe. Le linn aibithe Smoluchowski, cruthaítear cáithníní níos mó mar thoradh ar imirce agus ceirtleán na mbraislí iomlána. Is féidir cineál amháin aibithe a idirdhealú ó chineál eile mar seo a leanas: le haibiú Ostwald, leathnaíonn dáileadh méideanna braisle agus tá sé leanúnach, agus le ripening Smoluchowski, déantar an méid a dháileadh go scoite.
Ar na cairteacha 3V и 3S léirítear torthaí na hanailíse ar níos mó ná 300 braisle, i.e. dáileadh méid. Tá raon airde braisle breathnaithe sách leathan, ach is féidir trí ghrúpa de na cinn is coitianta a idirdhealú (3S): 0.85, 1.10 agus 1.33 nm.
Mar atá le feiceáil sa ghraf 3V, tá comhghaol idir luach airde agus leithead an bhraisle. Léiríonn na struchtúir braisle breathnaithe gnéithe aibithe Smoluchowski.
Tá comhghaol ann freisin idir na braislí sna turgnaimh ar dhlús ard-sistiúcháin agus íseal-dlúis. Mar sin, tá grúpa braislí le airde 0.85 nm ag teacht le braisle aonair le airde 0.88 nm i dturgnaimh le dlús íseal. Mar sin, sannadh luach Au20 do bhraislí ón gcéad ghrúpa, agus sannadh na luachanna Au1.10 agus Au1.33 do bhraislí ón dara ceann (40 nm) agus ón tríú (60 nm), faoi seach.
Íomhá #4
Sa phictiúr 4А is féidir linn difríochtaí amhairc a fheiceáil idir na trí chatagóir braislí, a bhfuil an speictream dI/dV díobh léirithe sa ghraf 4V.
De réir mar a chumascann cnuasaigh Au20 isteach i mbearna fuinnimh níos mó sa speictream, laghdaítear di/dV. Mar sin, fuarthas na luachanna neamhleanúnachais seo a leanas do gach grúpa: Au20—3.0 eV, Au40—2.0 eV, agus Au60—1.2 eV. Agus na sonraí seo á gcur san áireamh, chomh maith le híomhánna topagrafacha de na grúpaí a ndearnadh staidéar orthu, is féidir a áitiú go bhfuil céimseata na gceirtleán braisle níos gaire do sféarúil nó hemisféarúil.
Chun líon na n-adamh i mbraislí sféarúla agus leathsféarúla a mheas, is féidir leat Ns = [(h/2)/r]3 agus Nh = 1/2 (h/r)3 a úsáid, áit a bhfuil h и r ionadaíocht a dhéanamh ar airde braisle agus ga aon adamh Au. Ag cur san áireamh ga Wigner-Seitz don adamh óir (r = 0.159 nm), is féidir linn a n-uimhir a ríomh don chomhfhogasú sféarúil: an dara grúpa (Au40) - 41 adamh, an tríú grúpa (Au60) - 68 adamh. Sa chomhfhogasú hemisféarúil, tá líon measta na n-adamh 166 agus 273 i bhfad níos airde ná in Au40 agus Au60 sa chomhfhogasú sféarúil. Mar sin, is féidir a thabhairt i gcrích go bhfuil céimseata Au40 agus Au60 sféarúil seachas hemisféarúil.
Le breathnú níos mionsonraithe ar nuances an staidéir, molaim breathnú ar и dó.
Epilogue
Sa staidéar seo, chuir na heolaithe speictreascópacht tollánaithe scanadh agus micreascópacht le chéile, rud a chuir ar a gcumas sonraí níos cruinne a fháil maidir le céimseata braislí na n-adamh óir. Fuarthas amach go gcoimeádann braisle Au20 a sil-leagadh ar fhoshraith 3L NaCl/Au(111) a struchtúr pirimideach gás-chéim agus bearna mhór HL. Fuarthas amach freisin gurb é an príomh-mheicníocht fáis agus comhlachais na mbraislí i ngrúpaí aibithe Smoluchowski.
Tugann na heolaithe ar cheann de phríomhghnóthachtálacha a gcuid oibre ní torthaí taighde ar bhraislí adamhach, ach an modh chun an taighde seo a dhéanamh. Roimhe seo, baineadh úsáid as micreascóp leictreon scanadh tarchuir, rud a shaobhadh, mar gheall ar a chuid maoine, torthaí breathnóireachta. Mar sin féin, ceadaíonn an modh nua a thuairiscítear san obair seo dúinn sonraí cruinne a fháil.
I measc rudaí eile, ligeann staidéar a dhéanamh ar struchtúir bhraisle dúinn a n-airíonna catalaíoch agus optúla a thuiscint, rud atá thar a bheith tábhachtach lena n-úsáid i gcatalaíoch braisle agus feistí optúla. Faoi láthair, úsáidtear braislí cheana féin i gcealla breosla agus gabháil carbóin. Mar sin féin, de réir na n-eolaithe féin, ní hé seo an teorainn.
Go raibh maith agat as léamh, fanaigí fiosrach agus bíodh seachtain iontach agaibh. 🙂
Roinnt fógraí 🙂
Go raibh maith agat as fanacht linn. An maith leat ár n-alt? Ar mhaith leat ábhar níos suimiúla a fheiceáil? Tacaigh linn trí ordú a dhéanamh nó moladh a thabhairt do chairde, , analóg uathúil de fhreastalaithe leibhéal iontrála, a cheap muid duit: (ar fáil le RAID1 agus RAID10, suas le 24 croíleacan agus suas le 40GB DDR4).
Dell R730xd 2x níos saoire i lárionad sonraí Equinix Tier IV in Amstardam? Ach anseo san Ísiltír! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ó $99! Léigh faoi
Foinse: will.com
