Dziko lotizungulira ndilotsatira limodzi la zochitika zambiri ndi machitidwe osiyanasiyana a sayansi, ndizosatheka kusiyanitsa chofunika kwambiri. Ngakhale kuti pali kupikisana kwina, mbali zambiri za sayansi zina zimakhala ndi zofanana. Tiyeni titenge geometry monga chitsanzo: chirichonse chomwe timachiwona chiri ndi mawonekedwe enaake, omwe chimodzi mwazofala kwambiri m'chilengedwe ndi chozungulira, chozungulira, chozungulira, mpira (chizoloŵezi cha nkhope). Chikhumbo chokhala ozungulira chimawonekera m'mapulaneti onse ndi magulu a atomiki. Koma nthawi zonse pali zosiyana ndi malamulo. Asayansi ochokera ku yunivesite ya Leuven (Belgium) anapeza kuti maatomu a golidi sapanga mabwalo ozungulira, koma masango a mapiramidi. Kodi nchiyani chimene chimayambitsa khalidwe lachilendoli la maatomu a golidi, kodi mapiramidi amtengo wapatali ali ndi zinthu zotani, ndipo zimene atulukirazi zingagwiritsidwe ntchito motani m’zochita zake? Tikuphunzirapo zimenezi kuchokera ku lipoti la asayansi. Pitani.
Maziko ofufuza
Kukhalapo kwa magulu achilendo a maatomu a golidi kwadziwika kalekale. Zomangamangazi zili ndi zinthu zachilendo zamakina ndi zamagetsi, chifukwa chake chidwi mwa iwo changowonjezereka kwa zaka zambiri. Maphunziro ambiri amayang'ana kwambiri pakuphunzira za kudalira kwa miyeso, koma kafukufuku wotereyu amafunikira kaphatikizidwe koyendetsedwa bwino komanso miyeso yolondola kwambiri.
Mwachilengedwe, pali mitundu yosiyanasiyana yamagulu, koma yodziwika kwambiri pophunzira ndi Au20, ndiye kuti, gulu la maatomu 20 agolide. Kutchuka kwake ndi chifukwa cha symmetrical kwambiri tetrahedral* dongosolo ndi lalikulu modabwitsa HOMO-LUMO (HL) by gap (gap)*.
Tetrahedron* - polyhedron yokhala ndi makona atatu ngati nkhope. Ngati tilingalira nkhope imodzi kukhala maziko, ndiye kuti tetrahedron ikhoza kutchedwa piramidi ya triangular.
HOMO-LUMO gap (gap)* - HOMO ndi LUMO ndi mitundu ya ma orbitals a mamolekyulu (ntchito ya masamu yomwe imafotokozera mafunde a ma electron mu molekyulu). HOMO imayimira orbital yomwe imakhala yotanganidwa kwambiri, ndipo LUMO imayimira orbital yotsika kwambiri yopanda munthu. Ma electron a molekyulu mu nthaka pansi amadzaza orbitals onse ndi otsika mphamvu. Orbital yomwe ili ndi mphamvu zambiri pakati pa odzazidwa imatchedwa HOMO. Nayenso, LUMO ndiye otsika kwambiri orbital mphamvu. Kusiyana kwa mphamvu pakati pa mitundu iwiriyi ya orbitals kumatchedwa kusiyana kwa HOMO-LUMO.
Photoelectron spectroscopy ya Au20 inasonyeza kuti kusiyana kwa HOMO-LUMO ndi 1.77 eV.
Mafanizidwe opangidwa pamaziko a chiphunzitso cha kachulukidwe kantchito (njira yowerengera mawonekedwe amagetsi a machitidwe) adawonetsa kuti kusiyana kwamphamvu kotereku kumatha kutheka kudzera mu piramidi ya tetrahedral ya Td symmetry (tetrahedral symmetry), yomwe ndi geometry yokhazikika kwambiri gulu la Au20.
Asayansi akuwona kuti kafukufuku wam'mbuyomu pa Au20 adapereka zotsatira zolakwika kwambiri chifukwa chazovuta za njirayi. M'mbuyomu, makina ojambulira ma electron microscope ankagwiritsidwa ntchito, mphamvu yaikulu ya mtengowo inasokoneza zotsatira zowonera: kusinthasintha kosalekeza kwa Au20 kunkawoneka pakati pa masanjidwe osiyanasiyana. Mu 5% ya zithunzi zomwe zidapezedwa, gulu la Au20 linali la tetrahedral, ndipo kwina kulikonse geometry yake idasokonekera kwathunthu. Chifukwa chake, kukhalapo kwa kapangidwe ka tetrahedral Au20 pagawo laling'ono lopangidwa, mwachitsanzo, kaboni wa amorphous sikungatchulidwe kuti XNUMX% yatsimikiziridwa.
Mu kafukufuku womwe tikuwunika lero, asayansi adaganiza zogwiritsa ntchito njira yofatsa powerengera Au20, yomwe ndi scanning tunnel microscopy (STM) ndi scanning tunnel spectroscopy (STS). Zomwe zidawonedwa zinali magulu a Au20 pamakanema apamwamba kwambiri a NaCl. STM inatilola kuti titsimikizire kufanana kwa katatu kwa piramidi, ndipo deta ya STS inachititsa kuti tiwerenge kusiyana kwa HOMO-LUMO, komwe kunali 2.0 eV.
Kukonzekera phunziro
Wosanjikiza wa NaCl adakulitsidwa pagawo la Au(111) pogwiritsa ntchito nthunzi wamankhwala pa 800 K muchipinda cha STM pansi pa vacuum ya ultrahigh.
Au20 cluster ions adapangidwa kudzera mu khwekhwe la magnetron sputtering ndi kukula kosankhidwa pogwiritsa ntchito fyuluta ya quadrupole mass. Gwero la sputtering limagwira ntchito mosalekeza ndipo limapanga kachigawo kakang'ono kamagulu oyendetsedwa, omwe pambuyo pake adalowa musefa ya quadrupole mass. Magulu osankhidwa adayikidwa pagawo la NaCl/Au(111). Pakuyika kwa kachulukidwe kakang'ono, cluster flux inali 30 pA (picoamps) ndipo nthawi yoyika inali mphindi 9; pakuyika kwamphamvu kwambiri, inali 1 nA (nanoamps) ndi mphindi 15. Kupanikizika m'chipindacho kunali 10-9 mbar.
Zotsatira za kafukufuku
Magulu osankhidwa a anionic Au20 okhala ndi kachulukidwe kakang'ono kwambiri amasungidwa kutentha kwachipinda pazilumba za NaCl, kuphatikiza 2L, 3L, ndi 4L (zigawo za atomiki).
Chithunzi #1
pa 1A Zitha kuwoneka kuti ambiri mwa NaCl wamkulu ali ndi zigawo zitatu, madera omwe ali ndi zigawo ziwiri ndi zinayi amakhala ndi malo ang'onoang'ono, ndipo madera a 5L palibe.
Magulu a Au20 adapezeka m'magawo atatu ndi anayi, koma analibe mu 2L. Izi zikufotokozedwa ndi mfundo yakuti Au20 ikhoza kudutsa 2L NaCl, koma pankhani ya 3L ndi 4L NaCl, imasungidwa pamwamba pawo. Pakachulukidwe kakang'ono ka zokutira m'chigawo cha 200 x 200 nm, kuchokera kumagulu 0 mpaka 4 adawonedwa popanda zizindikiro za Au20 agglomeration (kuchulukana).
Chifukwa cha kukana kwakukulu kwa 4L NaCl komanso kusakhazikika pakusanthula Au20 imodzi pa 4L NaCl, asayansi adalimbikira kuphunzira magulu pa 3L NaCl.
Chithunzi #2
Ma Microscopy amagulu mu 3L NaCl adawonetsa kuti kutalika kwawo ndi 0.88 ± 0.12 nm. Chiwerengerochi chikugwirizana kwambiri ndi zotsatira zachitsanzo, zomwe zinaneneratu kutalika kwa 0.94 ± 0.01 nm (2A). Ma Microscopy adawonetsanso kuti masango ena ali ndi mawonekedwe a katatu ndi atomu imodzi yotuluka pamwamba, yomwe imatsimikizira kafukufuku wokhudzana ndi mawonekedwe a piramidi a kapangidwe ka Au20 (2B).
Asayansi amawona kuti powonera zinthu zazing'ono kwambiri zamitundu itatu, monga magulu a Au20, zimakhala zovuta kupewa zolakwika zina. Kuti mupeze zithunzi zolondola kwambiri (zonse kuchokera ku atomiki ndi geometric point of view), kunali koyenera kugwiritsa ntchito nsonga ya microscope yabwino kwambiri ya atomically. Mawonekedwe a piramidi adadziwika m'magulu awiri (1B и 1С), zithunzi zitatu-dimensional zomwe zikuwonetsedwa mu 1D и Kufotokozera:, motsatana.
Ngakhale mawonekedwe a katatu ndi kutalika kwake kukuwonetsa kuti masango omwe adayikidwa amakhala ndi mawonekedwe a piramidi, zithunzi za STM (1B и 1С) samawonetsa mawonekedwe abwino a tetrahedral. Ngongole yayikulu pachithunzichi 1B pafupifupi 78 °. Ndipo izi ndi 30% kuposa 60 ° pa tetrahedron yabwino yokhala ndi Td symmetry.
Pakhoza kukhala zifukwa ziwiri. Choyamba, pali zolakwika pazithunzi zokhazokha, zomwe zimayambitsidwa ndi zovuta za ndondomekoyi komanso chifukwa chakuti nsonga ya singano ya microscope si yolimba, ndipo izi zikhoza kusokoneza zithunzizo. Chifukwa chachiwiri ndi chifukwa cha kusokonekera kwamkati kwa Au20 yothandizidwa. Magulu a Au20 okhala ndi Td symmetry akatera pamtunda wa NaCl masikweya, kusagwirizanaku kumasokoneza mawonekedwe abwino a tetrahedral a Au20.
Kuti adziwe chifukwa chomwe chapatuka pazithunzizi, asayansi adasanthula zambiri pakufanana kwazinthu zitatu zokongoletsedwa za Au20 pa NaCl. Zotsatira zake, zidapezeka kuti masangowa amasokonekera pang'ono kuchokera pamapangidwe abwino a tetrahedral okhala ndi Td symmetry yokhala ndi kupatuka kwakukulu pamagawo a atomiki a 0.45. Chifukwa chake, kupotoza pazithunzi ndi chifukwa cha zolakwika pakujambula komweko, osati zopatuka zilizonse pakuyika masango pagawo laling'ono ndi / kapena kuyanjana pakati pawo.
Osati zolemba zapamtunda zokha zomwe zili ndi zizindikiro zomveka bwino za piramidi ya gulu la Au20, komanso kusiyana kwakukulu kwa HL (pafupifupi 1.8 eV) poyerekeza ndi Au20 ina. isomers* ndi mphamvu yochepa (mwachidziwitso pansi pa 0.5 eV).
Isomers * - zomanga zomwe zimafanana mu kapangidwe ka atomiki ndi kulemera kwa mamolekyulu, koma zimasiyana m'mapangidwe awo kapena maatomu.
Kuwunika kwamagetsi amagulu omwe amayikidwa pagawo laling'ono pogwiritsa ntchito scanning tunnel spectroscopy (1F) zinapangitsa kuti apeze kusiyana kwa ma conductivity spectrum (dI / dV) a gulu la Au20, lomwe limasonyeza kusiyana kwakukulu kwa gulu (Eg) lofanana ndi 3.1 eV.
Popeza gululi limagawika ndi magetsi ndi kutsekereza mafilimu a NaCl, njira yotchinga iwiri (DBTJ) imapangidwa, zomwe zimapangitsa kuti pakhale ma elekitironi amodzi. Choncho, kusagwirizana kwa dI / dV spectrum ndi zotsatira za ntchito yophatikizana ya quantum HL discontinuity (EHL) ndi classical Coulomb energy (Ec). Miyezo yopuma mu sipekitiramu yowonetsedwa kuchokera ku 2.4 mpaka 3.1 eV kwamagulu asanu ndi awiri (1F). Zomwe zimawonedwa ndizokulirapo kuposa HL discontinuities (1.8 eV) mu gawo la mpweya wa Au20.
Kusiyanasiyana kwa zopuma m'magulu osiyanasiyana ndi chifukwa cha kuyeza kwake komweko (malo a singano okhudzana ndi masango). Mpata waukulu kwambiri woyezedwa mu mawonekedwe a dI/dV unali 3.1 eV. Pachifukwa ichi, nsongayo inali kutali ndi masango, zomwe zinapangitsa mphamvu yamagetsi pakati pa nsonga ndi gululo kukhala yochepa kusiyana ndi yomwe ili pakati pa gululo ndi gawo la Au(111).
Kenako, tidawerengera kuphulika kwa HL kwamagulu aulere a Au20 ndi omwe ali pa 3L NaCl.
Graph 2C ikuwonetsa kachulukidwe wofananira wa maiko pamapindikira a gawo la mpweya wa Au20 tetrahedron yomwe kusiyana kwake kwa HL ndi 1.78 eV. Gululi likakhala pa 3L NaCl/Au(111), kupotoza kumawonjezeka ndipo kusiyana kwa HL kumachepa kuchokera ku 1.73 mpaka 1.51 eV, yomwe ikufanana ndi kusiyana kwa HL kwa 2.0 eV komwe kumapezeka panthawi yoyesera.
M'maphunziro am'mbuyomu, zidapezeka kuti ma isomers a Au20 okhala ndi Cs-symmetric dongosolo ali ndi kusiyana kwa HL pafupifupi 0.688 eV, ndi zomanga zokhala ndi amorphous symmetry - 0.93 eV. Poganizira zowunikirazi ndi zotsatira za miyeso, asayansi adatsimikiza kuti kusiyana kwakukulu kwa gulu kumatheka pokhapokha pamikhalidwe ya piramidi ya tetrahedral.
Gawo lotsatira la kafukufukuyu linali kafukufuku wokhudzana ndi magulu amagulu, pomwe Au3 yochulukirapo (kuchuluka kwa kachulukidwe) idayikidwa pagawo la 111L NaCl/Au(20).
Chithunzi #3
Pa chithunzi 3A Chithunzi chojambula cha STM chamagulu osungidwa chikuwonetsedwa. Pafupifupi masango 100 amawonedwa pamalo ojambulira (100 nm x 30 nm). Makulidwe amagulu olumikizana pa 3L NaCl mwina ndi akulu kuposa kapena ofanana ndi kukula kwa omwe amaphunziridwa poyeserera ndi magulu amodzi. Izi zitha kufotokozedwa ndi kufalikira ndi kuphatikizika (clumping) pamwamba pa NaCl kutentha.
Kudzikundikira ndi kukula kwa masango kutha kufotokozedwa ndi njira ziwiri: Kucha kwa Ostwald (recondensation) ndi Smoluchowski kucha (kukulitsa zilumba). Pankhani yakucha kwa Ostwald, masango akuluakulu amakula mowononga ang'onoang'ono, pomwe maatomu omaliza amasiyanitsidwa ndi iwo ndikufalikira kukhala oyandikana nawo. Pa Smoluchowski yakucha, zikuluzikulu particles aumbike chifukwa cha kusamuka ndi agglomeration lonse masango. Mtundu umodzi wakucha ukhoza kusiyanitsa ndi wina motere: ndi kukhwima kwa Ostwald, kugawa makulidwe amagulu kumakulirakulira ndikupitilira, ndipo pakucha kwa Smoluchowski, kukula kwake kumagawidwa mosiyanasiyana.
Pa ma chart 3B и 3С zotsatira za kusanthula kwa masango oposa 300 akuwonetsedwa, i.e. kugawa kukula. Kusiyanasiyana kwamagulu omwe amawonedwa ndi otambalala, koma magulu atatu omwe amapezeka kwambiri amatha kusiyanitsa (3С0.85, 1.10 ndi 1.33 nm.
Monga momwe tawonera mu graph 3B, pali mgwirizano pakati pa mtengo wa kutalika ndi m'lifupi mwa masango. Zowoneka bwino zamagulu akuwonetsa mawonekedwe a Smoluchowski kusasitsa.
Palinso mgwirizano pakati pa magulu mu kuyesa kwapamwamba ndi kotsika kachulukidwe kachulukidwe. Chifukwa chake, gulu lamagulu okhala ndi kutalika kwa 0.85 nm limagwirizana ndi gulu lamunthu lomwe lili ndi kutalika kwa 0.88 nm pakuyesa kocheperako. Chifukwa chake, magulu agulu loyamba adapatsidwa mtengo wa Au20, ndipo masango achiwiri (1.10 nm) ndi achitatu (1.33 nm) adapatsidwa ma Au40 ndi Au60, motsatana.
Chithunzi #4
Pa chithunzi 4A Titha kuwona kusiyana pakati pa magulu atatu a magulu, mawonekedwe a dI/dV omwe akuwonetsedwa mu graph. 4B.
Pamene magulu a Au20 akuphatikizana kukhala kusiyana kwakukulu kwa mphamvu mu sipekitiramu, dI/dV imachepa. Chifukwa chake, pagulu lililonse mikhalidwe yotsatirayi yosiya idapezedwa: Au20—3.0 eV, Au40—2.0 eV, ndi Au60—1.2 eV. Poganizira izi, komanso zithunzi zamagulu amagulu omwe adaphunzira, tinganene kuti geometry ya cluster agglomerates ili pafupi ndi spherical kapena hemispherical.
Kuti muyerekeze kuchuluka kwa maatomu m'magulu ozungulira ndi ozungulira, mungagwiritse ntchito Ns = [(h/2)/r]3 ndi Nh = 1/2 (h/r)3, pamene h и r kuyimira kutalika kwa tsango ndi utali wa atomu imodzi ya Au. Poganizira utali wozungulira Wigner-Seitz kwa atomu golide (r = 0.159 nm), tikhoza kuwerengera chiwerengero chawo kwa pafupifupi ozungulira: gulu lachiwiri (Au40) - 41 maatomu, gulu lachitatu (Au60) - 68 maatomu. Pakuyerekeza kwa hemispherical, kuchuluka kwa ma atomu 166 ndi 273 ndikokwera kwambiri kuposa Au40 ndi Au60 pakuyerekeza kozungulira. Chifukwa chake, titha kunena kuti geometry ya Au40 ndi Au60 ndi yozungulira osati ya hemispherical.
Kuti muwone mwatsatanetsatane ma nuances a phunziroli, ndikupangira kuti muwone и kwa iye.
Epilogue
Pakafukufukuyu, asayansiwo adaphatikiza ma scanning tunneling spectroscopy ndi ma microscopy, zomwe zidawapangitsa kuti azitha kudziwa zambiri za geometry yamagulu a maatomu agolide. Zinapezeka kuti gulu la Au20 loyikidwa pagawo la 3L NaCl/Au(111) limasunga mawonekedwe ake a piramidi ya gasi yokhala ndi kusiyana kwakukulu kwa HL. Zinapezekanso kuti njira yayikulu yakukulira ndi kuyanjana kwamagulu m'magulu ndikukula kwa Smoluchowski.
Asayansi amatcha chimodzi mwazopambana zazikulu za ntchito yawo osati zotsatira za kafukufuku wamagulu a atomiki, koma njira yochitira kafukufukuyu. M'mbuyomu, makina owonera ma electron adagwiritsidwa ntchito, omwe, chifukwa cha katundu wake, adasokoneza zotsatira za zowonera. Komabe, njira yatsopano yomwe ikufotokozedwa mu ntchitoyi imatithandiza kupeza deta yolondola.
Mwa zina, kuphunzira ma cluster structures kumatithandiza kumvetsetsa zomwe zimachititsa kuti zitheke komanso zowoneka bwino, zomwe ndizofunikira kwambiri pakugwiritsa ntchito ma cluster catalysts ndi zida zowonera. Pakadali pano, masango amagwiritsidwa ntchito kale m'maselo amafuta ndi kugwidwa kwa kaboni. Komabe, malinga ndi asayansi enieniwo, zimenezi si malire.
Zikomo powerenga, khalani ndi chidwi ndikukhala ndi sabata yabwino anyamata. 🙂
Zotsatsa zina 🙂
Zikomo chifukwa chokhala nafe. Kodi mumakonda zolemba zathu? Mukufuna kuwona zambiri zosangalatsa? Tithandizeni potipatsa oda kapena kulimbikitsa anzathu, , ma analogi apadera a ma seva olowera, omwe adakupangirani inu: (ikupezeka ndi RAID1 ndi RAID10, mpaka 24 cores mpaka 40GB DDR4).
Dell R730xd 2x yotsika mtengo ku Equinix Tier IV data center ku Amsterdam? Pokhapokha ku Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - kuchokera $99! Werengani za
Source: www.habr.com