زموږ په شاوخوا کې نړۍ د مختلفو علومو څخه د ډیری پیښو او پروسو ګډه پایله ده، دا په حقیقت کې ناشونې ده چې ترټولو مهم یې جلا کړئ. سره له دې چې د یو څه رقابت سره سره، د ځینو علومو ډیری اړخونه ورته ځانګړتیاوې لري. راځئ چې جیومیټري د مثال په توګه واخلو: هرڅه چې موږ ګورو یو ځانګړی شکل لري، چې یو یې په طبیعت کې خورا عام دی، دایره، دایره، یوه ساحه، توپ (په مخ کې یو رجحان). د کروي کیدو هیله په دواړو سیارونو او اټومي کلسترونو کې څرګندیږي. مګر تل د قواعدو استثنا شتون لري. د بلجیم د لیوین پوهنتون ساینس پوهانو وموندله چې د سرو زرو اتومونه کروی نه، بلکې د پیرامیډ کلسترونه جوړوي. د سرو زرو اتومونو د دې غیر معمولي چلند لامل څه دی، قیمتي پیرامایډونه کوم ځانګړتیاوې لري، او دا کشف څنګه په عمل کې پلي کیدی شي؟ موږ پدې اړه د ساینس پوهانو له راپور څخه زده کوو. لاړ شه.
د مطالعې اساس
د سرو زرو د اتومونو د غیر معمولي کلسترونو شتون د اوږدې مودې لپاره پیژندل شوی. دا جوړښتونه غیر معمولي کیمیاوي او بریښنایی ملکیتونه لري، له همدې امله د دوی دلچسپي یوازې د کلونو په اوږدو کې زیاته شوې. ډیری مطالعې د ابعادي انحصارونو مطالعې باندې تمرکز کوي، مګر دا ډول څیړنه کنټرول شوي ترکیب او لوړ دقیق اندازه کولو ته اړتیا لري.
په طبیعي ډول، د کلسترونو مختلف ډولونه شتون لري، مګر د مطالعې لپاره ترټولو مشهور Au20 دی، دا د 20 سرو زرو اتومونو کلستر دی. د هغې شهرت د هغې د خورا سمیټ له امله دی tetrahedral* جوړښت او په حیرانتیا سره لوی HOMO-LUMO (HL) د تشې (خالي) په واسطه*.
تيتراهډرون* - د مخونو په توګه د څلورو مثلثونو سره یو پولی هیډرون. که موږ د مخونو څخه یو د بنسټ په توګه وګورو، نو د تیتراهیدرون د مثلث پیرامید بلل کیدی شي.
HOMO-LUMO تشه (خالي)* - HOMO او LUMO د مالیکول مدارونو ډولونه دي (د ریاضياتي فعالیت چې په مالیکول کې د الکترونونو څپې چلند بیانوي). HOMO د لوړ اشغال شوي مالیکول مدار لپاره ولاړ دی، او LUMO ترټولو ټیټ غیر قبضه شوي مالیکولر مدار لپاره ولاړ دی. د ځمکې په حالت کې د مالیکول الکترون ټول مدارونه په ټیټه انرژي ډکوي. هغه مدار چې د ډک شوي په مینځ کې ترټولو لوړه انرژي لري د HOMO په نوم یادیږي. په بدل کې، LUMO ترټولو ټیټه انرژي مدار دی. د دې دوه ډوله مدارونو تر مینځ د انرژي توپیر د HOMO-LUMO تشې په نوم یادیږي.
د Au20 فوټو الیکترون سپیکٹروسکوپي ښودلې چې د HOMO-LUMO تشه 1.77 eV ده.
د کثافت فعالیت تیوري (د سیسټمونو د بریښنایی جوړښت محاسبه کولو میتود) پراساس ترسره شوي سمولونه وښودله چې د انرژي دا ډول توپیر په ځانګړي ډول د Td سمیټري (ټیټراهیدرال سمیټري) د تیتراهیدرال پیرامیډ له لارې ترلاسه کیدی شي ، کوم چې ترټولو مستحکم جیومیټری دی. د Au20 کلستر.
ساینس پوهان یادونه کوي چې د Au20 په اړه پخوانۍ څیړنې د پروسې پیچلتیا له امله خورا ناسمې پایلې ورکړې. مخکې، د لیږد سکین کولو الکترون مایکروسکوپ کارول کیده، د بیم لوړ انرژي د مشاهدې پایلې تحریف کړې: د Au20 دوامداره بدلون د مختلفو جوړښتونو ترتیبونو ترمنځ لیدل کیده. د ترلاسه شویو انځورونو په سلو کې 5 کې، د Au20 کلستر ټیتراهډرل و، او په پاتې نورو کې یې جیومیټري په بشپړه توګه ګډوډ وه. له همدې امله، د tetrahedral Au20 جوړښت موجودیت په یوه فرعي سبسټریټ کې شتون لري، د بیلګې په توګه، بې کاره کاربن په سختۍ سره XNUMX٪ ثابت کیدی شي.
په هغه مطالعه کې چې موږ نن ورځ بیاکتنه کوو، ساینس پوهانو پریکړه وکړه چې د Au20 مطالعې لپاره یو ډیر نرم میتود وکاروي، د بیلګې په توګه د تونل کولو مایکروسکوپي (STM) سکین کول او د تونل کولو سپیکٹروسکوپي (STS). د مشاهدې توکي په الټراټین NaCl فلمونو کې د Au20 کلسترونه وو. STM موږ ته اجازه راکړه چې د پیرامیډ جوړښت مثلثي توازن تایید کړو، او د STS ډیټا دا ممکنه کړه چې د HOMO-LUMO تشه محاسبه کړو، کوم چې د 2.0 eV په څیر و.
د مطالعې چمتووالی
د NaCl طبقه په یو Au(111) سبسټریټ کې کرل شوې وه چې په 800 K کې د کیمیاوي بخاراتو د ذخیره کولو په کارولو سره په STM چیمبر کې د الټرا لوړ ویکیوم شرایطو لاندې.
د Au20 کلستر آئنونه د میګنیټرون سپټرینګ ترتیب او اندازې له لارې تولید شوي چې د کواډروپول ماس فلټر په کارولو سره ټاکل شوي. د سپټرینګ سرچینه په دوامداره حالت کې کار کوي او د چارج شوي کلسترونو لویه برخه یې تولید کړې، چې وروسته د کواډرپول ماس فلټر ته ننوتل. غوره شوي کلسترونه په NaCl/Au (111) سبسټریټ کې زیرمه شوي. د ټیټ کثافت ذخیره کولو لپاره، د کلستر فلکس 30 PA (picoamps) و او د جمع کولو وخت 9 دقیقې و؛ د لوړ کثافت ذخیره کولو لپاره، دا 1 nA (nanoamps) او 15 دقیقې وې. په چیمبر کې فشار 10-9 mbar وو.
د مطالعې پایلې
په ډله ایزه توګه غوره شوي anionic Au20 کلسترونه د خورا ټیټ پوښښ کثافت سره د خونې په حرارت کې د الټراټین NaCl ټاپوګانو کې زیرمه شوي ، پشمول د 2L ، 3L ، او 4L (اټومي پرتونو).
انځور #1
په 1A دا لیدل کیدی شي چې ډیری کرل شوي NaCl درې طبقې لري، هغه سیمې چې دوه او څلور طبقې لري کوچنۍ ساحه نیسي، او 5L ساحې په عملي توګه غیر حاضر دي.
د Au20 کلسترونه په درې او څلور پوړو سیمو کې موندل شوي، مګر په 2L کې غیر حاضر وو. دا د دې حقیقت له مخې تشریح شوی چې Au20 کولی شي د 2L NaCl څخه تیر شي، مګر د 3L او 4L NaCl په صورت کې، دا د دوی په سطح کې ساتل کیږي. د 200 x 200 nm په سیمه کې د ټیټ کوټینګ کثافت کې، د 0 څخه تر 4 کلسترونو کې پرته د Au20 جمع کولو نښې نښانې لیدل شوي.
د 4L NaCl د ډیر لوړ مقاومت او بې ثباتۍ له امله کله چې په 20L NaCl باندې واحد Au4 سکین کول، ساینس پوهانو په 3L NaCl کې د کلسترونو مطالعې باندې تمرکز وکړ.
انځور #2
په 3L NaCl کې د کلسترونو مایکروسکوپي ښودلې چې د دوی لوړوالی 0.88 ± 0.12 nm دی. دا شمیره د ماډلینګ پایلو سره په عالي موافقت کې ده ، کوم چې د 0.94 ± 0.01 nm لوړوالی وړاندوینه کړې (2A). مایکروسکوپي دا هم وښودله چې ځینې کلسترونه د مثلث شکل لري چې په پورتنۍ برخه کې یو پروت اټوم لري، کوم چې په عمل کې د Au20 جوړښت د pyramidal شکل په اړه نظري څیړنې تاییدوي (2B).
ساینس پوهان یادونه کوي چې کله چې خورا کوچني درې اړخیز توکي لیدل کیږي، لکه د Au20 کلسترونه، دا خورا ستونزمن کار دی چې د ځینو غلطو غلطیتونو څخه مخنیوی وشي. د خورا دقیقو عکسونو ترلاسه کولو لپاره (دواړه د اټومي او جیومیټریک لید څخه) ، دا اړینه وه چې د مثالي ډول اتومي پلوه تیز Cl-فعال شوي مایکروسکوپ ټیپ وکاروئ. یو pyramidal شکل په دوه کلسترونو کې پیژندل شوی (1B и 1С)، درې اړخیز انځورونه چې په کې ښودل شوي دي 1D и 1Eپه ترتیب سره.
که څه هم د مثلث شکل او لوړوالی ویش ښیي چې زیرمه شوي کلسترونه د پیرامیډ شکل ساتي، د STM انځورونه (1B и 1С) کامل تیترهیدرال جوړښتونه نه ښیې. په عکس کې ترټولو لوی زاویه 1B شاوخوا 78 درجې دی. او دا د 30٪ څخه 60 ° څخه ډیر دی د مثالي تیتراهیدرون لپاره د Td سمیټري سره.
ښايي د دې لپاره دوه لاملونه وي. لومړی، پخپله په عکس اخیستلو کې غلطۍ شتون لري، د دې پروسې پیچلتیا او د دې حقیقت له امله چې د مایکروسکوپ ستنه سخته نه ده، او دا هم کولی شي انځورونه تحریف کړي. دوهم دلیل د ملاتړ شوي Au20 داخلي تحریف له امله دی. کله چې د Au20 کلسترونه د Td سمیټري سره په مربع NaCl جال کې ځای په ځای شي، د سمیټري بې اتفاقي د Au20 مثالی تیتراهیدرال جوړښت تحریفوي.
په عکسونو کې د دې ډول انحرافاتو لامل موندلو لپاره ، ساینس پوهانو په NaCl کې د درې غوره شوي Au20 جوړښتونو سمیټري ډاټا تحلیل کړې. د پایلې په توګه، دا وموندل شوه چې کلسترونه د 0.45 په اټومي موقعیتونو کې د اعظمي انحراف سره د Td سمیټري سره د مثالي تیتراهیدرال جوړښت څخه لږ څه تحریف شوي. له همدې امله، په انځورونو کې تحریفونه پخپله د عکس اخیستنې په بهیر کې د غلطۍ پایله ده، او په سبسټریټ کې د کلسترونو په راټولولو کې د کوم انحراف او/یا د دوی ترمنځ تعامل نه دی.
نه یوازې د توپوګرافیک ډیټا د Au20 کلستر د پیرامیډ جوړښت روښانه نښې دي ، بلکه د نورو Au1.8 په پرتله خورا لوی HL تشه (شاوخوا 20 eV) هم ده. isomers* د ټیټې انرژي سره (په تیوري کې د 0.5 eV څخه ښکته).
Isomers* - هغه جوړښتونه چې په اتومي جوړښت او مالیکولر وزن کې ورته وي، مګر د دوی په جوړښت یا د اتومونو ترتیب کې توپیر لري.
د سکینګ تونل کولو سپیکٹروسکوپي په کارولو سره په سبسټریټ کې زیرمه شوي کلسترونو بریښنایی ملکیتونو تحلیل (1F) دا ممکنه کړې چې د Au20 کلستر د توپیري چالکتیا طیف (dI/dV) ترلاسه کړي، کوم چې د 3.1 eV سره مساوي لوی بینډ خلا (د مثال په توګه) ښیي.
څرنګه چې کلستر په بریښنایی توګه د NaCl فلمونو د انسول کولو په واسطه ویشل شوی، د ډبل خنډ تونل جنکشن (DBTJ) رامینځته کیږي، کوم چې د واحد الکترون تونل اغیزو لامل کیږي. له همدې امله، د dI/dV سپیکٹرم کې وقفه د کوانټم HL discontinuity (EHL) او کلاسیک کولمب انرژي (Ec) د ګډ کار پایله ده. په طیف کې د وقفې اندازه کول د اوو کلسترونو لپاره له 2.4 څخه تر 3.1 eV پورې ښودل شوي (1F). مشاهده شوي وقفې د Au1.8 ګاز پړاو کې د HL وقفې (20 eV) څخه لوی دي.
په مختلفو کلسترونو کې د وقفې تغیر پخپله د اندازه کولو پروسې له امله دی (د کلستر په پرتله د ستنې موقعیت). په dI/dV سپیکٹرا کې اندازه شوي ترټولو لوی تشه 3.1 eV وه. په دې حالت کې، ټیپ د کلستر څخه لیرې موقعیت درلود، کوم چې د ټیپ او کلستر تر مینځ بریښنایی ظرفیت د کلستر او Au(111) سبسټریټ تر مینځ کم دی.
بیا، موږ د وړیا Au20 کلسترونو د HL تخریبونو محاسبه ترسره کړه او هغه چې په 3L NaCl کې موقعیت لري.
ګراف 2C د ګاز مرحلې Au20 tetrahedron لپاره چې د HL تشه 1.78 eV ده د ایالتونو منحني کثافت ښیي. کله چې کلستر په 3L NaCl/Au(111) کې موقعیت ولري، تحریفونه زیاتیږي او د HL تشه له 1.73 څخه تر 1.51 eV پورې کمیږي، کوم چې د 2.0 eV د HL تشې سره پرتله کیږي چې د تجربوي اندازې په جریان کې ترلاسه شوي.
په تیرو مطالعاتو کې، دا وموندل شوه چې د Cs-سیمیټریک جوړښت سره Au20 isomers د HL تشه د 0.688 eV په اړه لري، او جوړښتونه د amorphous symmetry - 0.93 eV سره. د دې کتنو او د اندازه کولو پایلو په پام کې نیولو سره، ساینس پوهان دې پایلې ته ورسیدل چې د لوی بانډ خلا یوازې د ټیټراډرال پیرامیډ جوړښت شرایطو لاندې ممکنه ده.
د څیړنې بله مرحله د کلستر-کلستر تعاملاتو مطالعه وه، د کوم لپاره چې ډیر Au3 (زیات کثافت) په 111L NaCl/Au (20) سبسټریټ کې زیرمه شوي.
انځور #3
په انځور کې 3A د جمع شوي کلسترونو د توپوګرافیک STM عکس ښودل شوی. د سکینګ په ساحه کې شاوخوا 100 کلسترونه لیدل کیږي (100 nm x 30 nm). په 3L NaCl کې د متقابل کلسترونو اندازه یا د هغه اندازې څخه لوی یا مساوي دي چې د واحد کلسترونو سره په تجربو کې مطالعه شوي. دا د خونې په حرارت کې د NaCl په سطحه د خپریدو او راټولولو (کلمپینګ) لخوا توضیح کیدی شي.
د کلسترونو راټولول او وده د دوو میکانیزمونو په واسطه تشریح کیدی شي: د Ostwald Ripening (recondensation) او Smoluchowski Ripening (د ټاپوګانو پراخیدل). د Ostwald د پخیدو په حالت کې، لوی کلسترونه د کوچنیو په لګښت وده کوي، کله چې د وروستي اتومونو څخه جلا کیږي او ګاونډیو ته خپریږي. د Smoluchowski د پخیدو په جریان کې، لوی ذرات د مهاجرت او د ټولو کلسترونو د راټولیدو په پایله کې رامینځته کیږي. د پخیدو یو ډول له بل څخه په لاندې ډول توپیر کیدی شي: د Ostwald په پخیدو سره ، د کلستر اندازې توزیع پراخیږي او دوامداره وي ، او د Smoluchowski په پخیدو سره ، اندازه په جلا ډول ویشل کیږي.
په چارټونو کې 3B и 3С د 300 څخه زیاتو کلسترونو د تحلیل پایلې ښودل شوي، i.e. د اندازې ویش. د لیدل شوي کلستر لوړوالی خورا پراخه دی، مګر د ډیری عامو دریو ګروپونو توپیر کیدی شي (3С): 0.85، 1.10 او 1.33 nm.
لکه څنګه چې په ګراف کې لیدل کیدی شي 3B، د کلستر د لوړوالی او عرض د ارزښت تر منځ اړیکه شتون لري. مشاهده شوي کلستر جوړښتونه د Smoluchowski د پختوالي ځانګړتیاوې ښیي.
د لوړ او ټیټ زیرمو کثافت تجربو کې د کلسترونو ترمنځ اړیکه هم شتون لري. په دې توګه، د کلسترونو یوه ډله د 0.85 nm لوړوالی سره د یو انفرادي کلستر سره مطابقت لري چې د 0.88 nm لوړوالی سره د ټیټ کثافت تجربه کې. له همدې امله، د لومړۍ ډلې کلسترونه د Au20 ارزښت ټاکل شوي، او د دویمې (1.10 nm) او دریم (1.33 nm) څخه کلسترونه په ترتیب سره د AU40 او Au60 ارزښتونه ټاکل شوي.
انځور #4
په انځور کې 4A موږ کولی شو د کلسترونو د دریو کټګوریو ترمنځ بصری توپیرونه وګورو، د DI/dV سپیکٹرا چې په ګراف کې ښودل شوي. 4B.
لکه څنګه چې د Au20 کلسترونه په سپیکٹرم کې د انرژي لوی تشې سره یوځای کیږي، dI/dV کمیږي. په دې توګه، د هرې ډلې لپاره لاندې وقفې ارزښتونه ترلاسه شوي: Au20-3.0 eV، Au40-2.0 eV، او Au60-1.2 eV. د دې معلوماتو په پام کې نیولو سره، او همدارنګه د مطالعې شوي ګروپونو توپوګرافیک انځورونو، دا استدلال کیدی شي چې د کلستر agglomerates جیومیټری کروی یا نیم کروی ته نږدې دی.
په کروی او نیمه کره کې د اتومونو د شمیر اټکل کولو لپاره، تاسو کولی شئ Ns = [(h/2)/r] 3 او Nh = 1/2 (h/r) 3 وکاروئ، چیرته چې h и r د یو Au اتوم د کلستر لوړوالی او وړانګې استازیتوب کوي. د سرو زرو اتوم (r = 0.159 nm) لپاره د Wigner-Seitz وړانګو په پام کې نیولو سره، موږ کولی شو د دوی شمیره د کروي اندازې لپاره محاسبه کړو: دویمه ډله (Au40) - 41 اتومونه، دریمه ډله (Au60) - 68 اتومونه. په نیمه کره کې نږدې، د اتومونو اټکل شوی شمیر 166 او 273 د کروی په اندازې کې د Au40 او Au60 په پرتله د پام وړ لوړ دی. له همدې امله، دا نتیجه اخیستل کیدی شي چې د Au40 او Au60 هندسه د نیم کره نه بلکه کروی ده.
د مطالعې باریکیو ته د نورو مفصل لید لپاره ، زه وړاندیز کوم چې یو نظر وګورم и ورته
اییلیلوم
په دې څیړنه کې، ساینس پوهانو د سکینګ تونل کولو سپیکٹروسکوپي او مایکروسکوپي سره یوځای کړل، کوم چې دوی ته اجازه ورکړه چې د سرو زرو اتومونو د کلسترونو جیومیټري په اړه نور دقیق معلومات ترلاسه کړي. دا وموندل شوه چې د Au20 کلستر په 3L NaCl/Au (111) سبسټریټ کې زیرمه شوي د لوی HL تشې سره خپل د ګاز مرحله پیرامایډ جوړښت ساتي. دا هم وموندل شوه چې په ګروپونو کې د کلسترونو د ودې او اتحادیې اصلي میکانیزم د Smoluchowski بالغیت دی.
ساینس پوهان د خپل کار یوه مهمه لاسته راوړنه د اتومي کلسترونو په اړه د څیړنې پایلې نه، بلکې د دې څیړنې د ترسره کولو طریقه بولي. پخوا، د لیږد سکین کولو الکترون مایکروسکوپ کارول کیده، کوم چې د هغې د ځانګړتیاوو له امله د مشاهدو پایلې تحریف کړې. په هرصورت، پدې کار کې تشریح شوي نوې میتود موږ ته اجازه راکوي چې دقیق معلومات ترلاسه کړو.
د نورو شیانو په مینځ کې، د کلستر جوړښتونو مطالعه موږ ته اجازه راکوي چې د دوی کتلایټیک او نظری ملکیتونه پوه کړو، کوم چې د کلستر کتلستونو او نظری وسیلو کې د دوی کارولو لپاره خورا مهم دی. اوس مهال، کلسترونه دمخه د سونګ حجرو او کاربن نیولو کې کارول کیږي. په هرصورت، پخپله د ساینس پوهانو په وینا، دا حد نه دی.
د لوستلو لپاره مننه ، لیواله اوسئ او یوه ښه اونۍ هلکان ولرئ. 🙂
ځینې اعلانونه 🙂
له موږ سره د پاتې کیدو لپاره مننه. ایا تاسو زموږ مقالې خوښوي؟ غواړئ نور په زړه پورې مینځپانګه وګورئ؟ د امر په ورکولو یا ملګرو ته وړاندیز کولو سره زموږ ملاتړ وکړئ ، , د ننوتلو کچې سرورونو یو ځانګړی انلاګ ، کوم چې زموږ لخوا ستاسو لپاره اختراع شوی و: (د RAID1 او RAID10 سره شتون لري، تر 24 کور پورې او تر 40GB DDR4 پورې).
ډیل R730xd په امستردام کې د Equinix Tier IV ډیټا مرکز کې 2 ځله ارزانه؟ یوازې دلته په هالنډ کې! ډیل R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - له $ 99 څخه! په اړه ولولئ
سرچینه: www.habr.com