Ny tontolo manodidina antsika dia vokatry ny trangan-javatra sy dingana maro avy amin'ny siansa isan-karazany, saika tsy azo atao ny manavaka ny iray manan-danja indrindra. Na dia eo aza ny fifandrafiana sasany, ny lafiny maro amin'ny siansa sasany dia manana endri-javatra mitovy. Andeha horaisintsika ho ohatra ny géométrie : manana endrika iray ny zavatra rehetra hitantsika, izay iray amin'ireo mahazatra indrindra amin'ny zavaboary dia faribolana, boribory, boribory, baolina (fironana amin'ny tarehy). Ny faniriana ho spherical dia miseho amin'ny planeta sy ny cluster atomika. Saingy misy foana ny maningana amin'ny fitsipika. Hitan’ny mpahay siansa avy ao amin’ny Oniversiten’i Leuven (Belzika) fa tsy miendrika boribory ny atoma volamena, fa fitambarana piramida. Inona no mahatonga an'io fihetsika tsy mahazatra ataon'ny atoma volamena io, inona no toetra ananan'ny piramida sarobidy, ary ahoana no azo ampiharina amin'ny fampiharana izany? Mianatra momba izany isika avy amin’ny tatitra nataon’ny mpahay siansa. Mandehana.
Fototry ny fianarana
Efa ela no fantatra ny fisian'ireo atoma volamena tsy mahazatra. Ireo rafitra ireo dia manana fananana simika sy elektronika tsy mahazatra, ka izany no mahatonga ny fahalianana amin'izy ireo nitombo nandritra ny taona maro. Ny ankamaroan'ny fanadihadiana dia nifantoka tamin'ny fandalinana ny fiankinan-doha amin'ny refy, fa ny fandalinana toy izany dia mitaky synthesis voafehy sy fandrefesana avo lenta.
Mazava ho azy fa misy karazana cluster isan-karazany, fa ny malaza indrindra amin'ny fianarana dia Au20, izany hoe cluster misy atoma volamena 20. Ny lazany dia noho ny tena symmetrical tetrahedral* rafitra ary mahagaga lehibe HOMO-LUMO (HL) amin'ny elanelana (gap)*.
Tetrahedron* - polyhedron misy telozoro efatra toy ny tarehy. Raha mihevitra ny iray amin'ireo endrika ho fototra isika, dia azo antsoina hoe piramida telozoro ny tetrahedron.
elanelana HOMO-LUMO (gap)* - HOMO sy LUMO dia karazana orbital molekiola (asa matematika izay mamaritra ny fihetsiky ny onja elektrôna ao anaty molekiola). HOMO dia mijoro ho an'ny orbital molekiola be mpampiasa indrindra, ary ny LUMO dia mijoro ho orbital molekiola ambany indrindra tsy misy olona. Ny elektrôn'ny molekiola ao anaty tany dia mameno ny orbitra rehetra amin'ny angovo ambany indrindra. Ny orbital izay manana angovo ambony indrindra amin'ireo feno dia antsoina hoe HOMO. Ny LUMO kosa no orbital angovo ambany indrindra. Ny fahasamihafan'ny angovo eo amin'ireo karazana orbitra roa ireo dia antsoina hoe hantsana HOMO-LUMO.
Photoelectron spectroscopy of Au20 dia nampiseho fa ny elanelana HOMO-LUMO dia 1.77 eV.
Ny simulations natao tamin'ny fototry ny teoria functional density (fomba kajy ny firafitry ny rafitra elektronika) dia nampiseho fa ny fahasamihafan'ny angovo toy izany dia azo tanterahina amin'ny alàlan'ny piramida tetrahedral an'ny Td symmetry (tetrahedral symmetry), izay jeometrika marin-toerana indrindra ho an'ny ny cluster Au20.
Ny mpahay siansa dia nanamarika fa ny fikarohana teo aloha momba ny Au20 dia nanome valiny tena tsy marina noho ny fahasarotan'ny dingana. Talohan'izay dia nampiasaina ny mikraoskaopy electron scanning, ny angovo avo amin'ny taratra dia nanova ny valin'ny fandinihana: ny fiovaovan'ny Au20 tsy tapaka dia hita teo anelanelan'ny fanamafisana ara-drafitra samihafa. Ao amin'ny 5% amin'ny sary azo, ny cluster Au20 dia tetrahedral, ary amin'ny ambiny dia mikorontana tanteraka ny jeometriany. Noho izany, ny fisian'ny rafitra Au20 tetrahedral amin'ny substrate vita amin'ny, ohatra, karbaona amorphous dia tsy azo antsoina hoe voaporofo XNUMX%.
Ao amin'ny fanadihadiana ataontsika anio, nanapa-kevitra ny mpahay siansa fa hampiasa fomba malefaka kokoa amin'ny fandalinana ny Au20, dia ny scanning tunneling microscopy (STM) sy ny scanning tunneling spectroscopy (STS). Ny zavatra hita maso dia Au20 clusters amin'ny ultrathin NaCl films. Ny STM dia namela anay hanamarina ny asymmetrika telozoro amin'ny rafitra piramida, ary ny angon-drakitra STS dia nahafahana nanao kajy ny elanelana HOMO-LUMO, izay 2.0 eV.
Fiomanana amin’ny fianarana
Ny sosona NaCl dia nambolena tamin'ny substrate Au(111) tamin'ny alàlan'ny fametrahana etona simika amin'ny 800 K ao amin'ny efitrano STM ao anatin'ny toe-javatra banga ambony indrindra.
Ny kluster Au20 dia novokarina tamin'ny alàlan'ny fametrahana magnetron sputtering sy ny habeny nofantenana tamin'ny fampiasana sivana faobe quadrupole. Nandeha tamin'ny fomba mitohy ilay loharano mipoitra ary namokatra ampahany betsaka amin'ny vondron'olona voampanga, izay niditra tao amin'ny sivana faobe quadrupole avy eo. Ny cluster voafantina dia napetraka teo amin'ny substrate NaCl/Au(111). Ho an'ny deposition ambany hakitroky, ny flux cluster dia 30 pA (picoamps) ary ny fotoana deposition dia 9 minitra; ho an'ny deposition avo lenta dia 1 nA (nanoamps) ary 15 minitra. Ny tsindry tao amin'ny efitrano dia 10-9 mbar.
Valin'ny fikarohana
Ny cluster anionika Au20 voafantina faobe miaraka amin'ny hakitroky ambany dia ambany dia napetraka amin'ny mari-pana ao amin'ny nosy NaCl ultrathin, ao anatin'izany ny 2L, 3L ary 4L (sosona atomika).
Sary #1
amin'ny 1A Hita fa ny ankamaroan'ny NaCl efa lehibe dia manana sosona telo, faritra misy sosona roa sy efatra dia mibodo faritra kely kokoa, ary saika tsy misy faritra 5L.
Ny cluster Au20 dia hita tao amin'ny faritra telo sy efatra sosona, saingy tsy hita tao amin'ny 2L. Izany dia hazavaina amin'ny hoe Au20 dia afaka mandalo amin'ny 2L NaCl, fa amin'ny trangan'ny 3L sy 4L NaCl, dia tazonina eo ambonin'izy ireo izany. Amin'ny hakitroky ambany coating ao amin'ny faritra 200 x 200 nm, avy amin'ny 0 ka hatramin'ny 4 clusters dia hita tsy misy famantarana ny agglomeration (clumping) ny Au20.
Noho ny fanoherana avo loatra amin'ny 4L NaCl sy ny tsy fandriam-pahalemana rehefa mijery ny Au20 tokana amin'ny 4L NaCl, ny mpahay siansa dia nifantoka tamin'ny fandalinana cluster amin'ny 3L NaCl.
Sary #2
Ny mikroskopika ny cluster ao amin'ny 3L NaCl dia nampiseho fa ny haavony dia 0.88 ± 0.12 nm. Ity tarehimarika ity dia mifanaraka tsara amin'ny valin'ny modely, izay naminavina ny haavon'ny 0.94 ± 0.01 nm (2A). Nasehon'ny mikraoskaopy ihany koa fa ny cluster sasany dia manana endrika telozoro miaraka amin'ny atoma iray mipoitra eo an-tampony, izay amin'ny fampiharana dia manamafy ny fikarohana ara-teorika momba ny endrika piramida amin'ny rafitra Au20 (2B).
Manamarika ny mpahay siansa fa rehefa maka sary an-tsaina ny zavatra tena bitika telo dimanjato, toy ny cluster Au20, dia sarotra be ny misoroka ny tsy fahatomombanana sasany. Mba hahazoana sary marina indrindra (samy amin'ny fomba fijery atomika sy geometrika), dia ilaina ny mampiasa tendron'ny mikraoskaopy Cl maranitra atomika tsara indrindra. Ny endrika piramida dia fantatra amin'ny cluster roa (1V и 1S), sary miendrika telo izay aseho ao 1D и 1E, arakaraka.
Na dia asehon'ny endrika telozoro sy ny fitsinjarana ny haavony aza fa ireo cluster voatahiry dia mitazona endrika piramida, sary STM (1V и 1S) tsy mampiseho rafitra tetrahedral tonga lafatra. Zoro lehibe indrindra amin'ny sary 1V dia manodidina ny 78°. Ary izany dia 30% mihoatra ny 60° ho an'ny tetrahedron tsara indrindra amin'ny Td symmetry.
Mety misy antony roa mahatonga izany. Voalohany indrindra, misy ny tsy fahatomombanana amin'ny sary, na noho ny fahasarotan'ity dingana ity na noho ny hoe tsy henjana ny tendron'ny fanjaitra mikraoskaopy, ary mety hanimba ny sary ihany koa izany. Ny antony faharoa dia noho ny fanodinkodinana anatiny amin'ny Au20 tohanana. Rehefa mitambatra ny Au20 miaraka amin'ny simmétrie Td eo amin'ny makarakara NaCl efamira, ny tsy fitovian'ny simétria dia manodina ny rafitra tetrahedral tsara indrindra amin'ny Au20.
Mba hamantarana ny anton'ny fivilian-tsary toy izany, ny mpahay siansa dia nandinika angon-drakitra momba ny symmetry amin'ny rafitra Au20 telo tsara indrindra amin'ny NaCl. Vokatr'izany dia hita fa ny cluster dia mivadika kely fotsiny amin'ny rafitra tetrahedral idealy miaraka amin'ny symmetry Td miaraka amin'ny fiviliana ambony indrindra amin'ny toerana atomika 0.45. Noho izany, ny fanodinkodinana amin'ny sary dia vokatry ny tsy fahatomombanana amin'ny fizotran'ny sary, fa tsy amin'ny fivilian-dàlana amin'ny fametrahana ny cluster eo amin'ny substrate sy/na ny fifaneraserana eo amin'izy ireo.
Tsy ny angon-drakitra topografika ihany no famantarana mazava momba ny firafitry ny piramida ao amin'ny cluster Au20, fa ny elanelana HL lehibe ihany koa (eo amin'ny 1.8 eV) raha oharina amin'ny Au20 hafa. isomer* miaraka amin'ny angovo ambany (amin'ny teoria ambanin'ny 0.5 eV).
Isomera* - rafitra mitovy amin'ny firafitry ny atomika sy ny lanjan'ny molekiola, saingy tsy mitovy ny firafiny na ny firafitry ny atoma.
Famakafakana ny toetra elektronika amin'ny cluster napetraka amin'ny substrate amin'ny alàlan'ny scanning tunneling spectroscopy (1F) dia nahafahana nahazo ny spectrum conductivity differential (dI/dV) an'ny cluster Au20, izay mampiseho elanelana lehibe (Eg) mitovy amin'ny 3.1 eV.
Satria ny cluster dia mizara elektrika amin'ny alàlan'ny sarimihetsika NaCl insulating, dia miforona ny fihaonan'ny tonelina roa-barrier (DBTJ), izay miteraka voka-dratsin'ny tonelina elektronika tokana. Noho izany, ny fijanonana ao amin'ny spectrum dI/dV dia vokatry ny fiaraha-miasan'ny quantum HL discontinuity (EHL) sy ny angovo Coulomb klasika (Ec). Ny fandrefesana ny fiatoana amin'ny spektrum dia mampiseho avy amin'ny 2.4 ka hatramin'ny 3.1 eV ho an'ny cluster fito (1F). Ny fihenam-bidy voamarika dia lehibe kokoa noho ny fihenan'ny HL (1.8 eV) amin'ny dingana entona Au20.
Ny fiovaovan'ny fiatoana amin'ny cluster samihafa dia noho ny fizotran'ny fandrefesana (ny toeran'ny fanjaitra mifandraika amin'ny cluster). Ny elanelana lehibe indrindra refesina amin'ny spectra dI/dV dia 3.1 eV. Amin'ity tranga ity, ny tendrony dia lavitra ny cluster, izay nahatonga ny capacitance elektrika teo anelanelan'ny tendrony sy ny cluster ho latsaky ny eo anelanelan'ny cluster sy ny substrate Au (111).
Manaraka izany dia nanao kajy ny fiparitahan'ny HL amin'ny cluster Au20 maimaim-poana sy ireo hita ao amin'ny 3L NaCl.
Ny tabilao 2C dia mampiseho ny hakitroky ny fanjakana ho an'ny tetrahedron Au20 misy entona izay misy elanelana HL dia 1.78 eV. Rehefa hita eo amin'ny 3L NaCl/Au(111) ny cluster, dia mitombo ny fanodinkodinana ary mihena ny elanelana HL amin'ny 1.73 ka hatramin'ny 1.51 eV, izay azo ampitahaina amin'ny elanelana HL amin'ny 2.0 eV azo nandritra ny fandrefesana andrana.
Tamin'ny fanadihadiana teo aloha dia hita fa ny isomer Au20 miaraka amin'ny rafitra Cs-symmetric dia manana elanelana HL eo amin'ny 0.688 eV, ary ny rafitra misy symmetry amorphous - 0.93 eV. Raha jerena ireo fandinihana ireo sy ny vokatry ny fandrefesana, ny mpahay siansa dia tonga tamin'ny fanatsoahan-kevitra fa ny elanelana lehibe dia azo atao raha tsy eo ambanin'ny rafitra piramida tetrahedral.
Ny dingana manaraka amin'ny fikarohana dia ny fandalinana ny fifandraisan'ny cluster-cluster, izay nametrahana Au3 (nitombo ny hakitroky) tamin'ny substrate 111L NaCl/Au(20).
Sary #3
Ao amin'ny sary 3A sarin'ny STM topografika misy vondron'olona napetraka. Vondrona 100 eo ho eo no hita ao amin'ny faritra scanning (100 nm x 30 nm). Ny haben'ny kluster mifandray amin'ny 3L NaCl dia na lehibe kokoa na mitovy amin'ny haben'ireo nodinihina tamin'ny fanandramana tamin'ny cluster tokana. Izany dia azo hazavaina amin'ny diffusion sy agglomeration (clumping) eo amin'ny tampon'ny NaCl amin'ny mari-pana.
Ny fanangonam-bokatra sy ny fitomboan'ny cluster dia azo hazavaina amin'ny alàlan'ny mekanika roa: Ostwald masaka (recondensation) sy Smoluchowski masaka (fanitarana ny nosy). Amin'ny trangan'ny Ostwald masaka dia mitombo ny cluster lehibe kokoa noho ny kely kokoa, rehefa misaraka amin'izy ireo ny atoma farany ary miparitaka amin'ny manodidina. Mandritra ny fahamasahan'i Smoluchowski dia miforona ireo poti-javatra lehibe kokoa vokatry ny fifindra-monina sy ny fivondronan'ny cluster manontolo. Ny karazana masaka iray dia azo avahana amin'ny iray hafa toy izao manaraka izao: miaraka amin'ny fahamatorana Ostwald, ny fizarana ny haben'ny cluster dia mivelatra ary mitohy, ary miaraka amin'ny fahamatorana Smoluchowski, ny habeny dia zaraina amin'ny fomba manokana.
Eo amin'ny tabilao 3V и 3S aseho ny valin'ny famakafakana clusters 300 mahery, i.e. fizarana habe. Ny isan'ny haavon'ny cluster hita dia malalaka be, fa ny vondrona telo amin'ireo mahazatra indrindra dia azo avahana (3S): 0.85, 1.10 ary 1.33 nm.
Araka ny hita amin'ny grafika 3V, misy fifamatorana eo amin'ny sandan'ny haavo sy ny sakan'ny cluster. Ny rafitra cluster voamarika dia mampiseho ny endriky ny fahamatorana Smoluchowski.
Misy ihany koa ny fifamatorana eo amin'ny kluster amin'ny andrana avo lenta sy ambany. Noho izany, ny vondrona vondrona misy haavo 0.85 nm dia mifanaraka amin'ny cluster tsirairay miaraka amin'ny haavon'ny 0.88 nm amin'ny fanandramana miaraka amin'ny hakitroky ambany. Noho izany, ny cluster avy amin'ny vondrona voalohany dia nomena ny sanda Au20, ary ny clusters avy amin'ny faharoa (1.10 nm) sy ny fahatelo (1.33 nm) dia nomena ny sanda Au40 sy Au60, tsirairay avy.
Sary #4
Eo amin'ny sary 4A Hitantsika ny fahasamihafan'ny maso eo amin'ireo sokajy telo amin'ny cluster, ny spectra dI/dV izay aseho amin'ny grafika. 4V.
Rehefa mitambatra ao anaty elanelana angovo lehibe kokoa amin'ny spektrum ny cluster Au20 dia mihena ny dI/dV. Noho izany, ho an'ny vondrona tsirairay dia azo ny sanda tsy miovaova manaraka: Au20—3.0 eV, Au40—2.0 eV, ary Au60—1.2 eV. Raha jerena ireo angon-drakitra ireo, ary koa ny sarin'ny topografika an'ireo vondrona nodinihina, dia azo lazaina fa ny géométrie an'ny cluster agglomerates dia manakaiky kokoa ny spherical na hemispherical.
Mba hanombanana ny isan'ny atôma amin'ny cluster spherical sy hemisferika dia azonao ampiasaina ny Ns = [(h/2)/r]3 sy Nh = 1/2 (h/r)3, izay h и r dia maneho ny haavon'ny cluster sy ny radius amin'ny atoma Au iray. Raha jerena ny radius Wigner-Seitz ho an'ny atoma volamena (r = 0.159 nm), dia azo atao ny manao kajy ny isany ho an'ny spherical approximation: ny vondrona faharoa (Au40) - 41 atôma, ny vondrona fahatelo (Au60) - 68 atôma. Ao amin'ny hemispherical approximation, ny tombanana isan'ny atôma 166 sy 273 dia ambony lavitra noho ny ao amin'ny Au40 sy Au60 amin'ny spherical approximation. Noho izany dia azo tsoahina fa ny géométrie an'ny Au40 sy Au60 dia boribory fa tsy hemispherical.
Ho an'ny antsipiriany bebe kokoa momba ny nuances amin'ny fianarana dia manoro hevitra aho ny hijery и ho azy.
epilogue
Ao anatin'ity fanadihadiana ity, ny mpahay siansa dia nampifangaro ny spectroscopy sy ny microscopy scanning tunneling, izay nahafahan'izy ireo nahazo angon-drakitra marina kokoa momba ny jeometrika amin'ny vondron'ny atoma volamena. Hita fa ny cluster Au20 napetraka amin'ny substrate 3L NaCl/Au(111) dia mitazona ny rafitra piramidaly misy gazy misy elanelana HL lehibe. Hita ihany koa fa ny mekanika lehibe amin'ny fitomboana sy ny fikambanan'ny cluster ho vondrona dia ny fahamatorana Smoluchowski.
Ny mpahay siansa dia miantso ny iray amin'ireo zava-bita lehibe indrindra amin'ny asany fa tsy ny vokatry ny fikarohana momba ny cluster atomika, fa ny fomba hanaovana izany fikarohana izany. Teo aloha, dia nampiasaina ny fifindran'ny scanning mikraoskaopy elektronika, izay, noho ny fananany, nanova ny vokatry ny fandinihana. Na izany aza, ny fomba vaovao voalaza ato amin'ity asa ity dia ahafahantsika mahazo angona marina.
Ankoatra ny zavatra hafa, ny fandalinana ny rafitra cluster dia ahafahantsika mahatakatra ny toetrany catalytic sy optika, izay tena zava-dehibe amin'ny fampiasana azy ireo amin'ny catalysts cluster sy ny fitaovana optika. Amin'izao fotoana izao, ny cluster dia efa ampiasaina amin'ny selan-tsolika sy ny fisamborana karbônina. Na izany aza, araka ny filazan'ny mpahay siansa ihany, tsy izany no fetra.
Misaotra namaky, mijanòna liana ary mirary herinandro mahafinaritra ry zalahy. 🙂
Ny doka sasany 🙂
Misaotra anao nijanona niaraka taminay. Tianao ve ny lahatsoratray? Te-hahita votoaty mahaliana kokoa? Tohano izahay amin'ny fametrahana baiko na fanolorana amin'ny namana, , analogue tsy manam-paharoa amin'ny mpizara ambaratonga fidirana, izay noforoninay ho anao: (misy miaraka amin'ny RAID1 sy RAID10, hatramin'ny 24 cores ary hatramin'ny 40GB DDR4).
Dell R730xd 2x mora kokoa amin'ny foibe data Equinix Tier IV any Amsterdam? Eto ihany any Holandy! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - manomboka amin'ny $99! Vakio ny momba ny
Source: www.habr.com