O le lalolagi o loʻo siomia ai i tatou o le taunuuga faʻatasi lea o le tele o mea faʻapitoa ma faʻagasologa mai le tele o faʻasaienisi, e toetoe lava a le mafai ona tuʻufaʻatasia le mea sili ona taua. E ui lava i sina tulaga o le tauva, o le tele o vaega o nisi faasaienisi e tutusa foliga. Seʻi o tatou faia le geometry o se faʻataʻitaʻiga: o mea uma tatou te vaʻaia e iai se foliga patino, lea o se tasi o mea sili ona taatele i le natura o se liʻo, o se liʻo, o se polo, o se polo (se masani i foliga). O le manaʻo e faʻapolofesa o loʻo faʻaalia i paneta ma fuifui atomika. Ae o loʻo i ai pea se faʻalavelave i tulafono. Na maua e saienitisi mai le Iunivesite o Leuven (Belgium) o atomu auro e le o ni spherical, ae o fuifui pyramidal. O le a le mea e mafua ai lenei amio uiga ese o atoma auro, o a meatotino o loʻo i ai i pyramid taua, ma e faʻapefea ona faʻaaogaina lenei suʻesuʻega i le faʻatinoga? E tatou te aʻoaʻoina lenei mea mai le lipoti a saienitisi. Alu.
Fa'avae ole su'esu'ega
O le iai o fuifui e le masani ai o atoma auro ua leva ona iloa. O nei fausaga o loʻo i ai ni vailaʻau faʻapitoa ma mea faʻaeletoroni, o le mea lea na faʻateleina ai le fiafia ia i latou i le tele o tausaga. O le tele o suʻesuʻega e taulaʻi i le suʻesuʻeina o faʻalagolago i le tele, ae o sea suʻesuʻega e manaʻomia ai le faʻaogaina o le faʻaogaina ma le maualuga-saʻo fua.
E masani lava, o loʻo i ai ituaiga eseese o fuifui, ae o le sili ona lauiloa mo suʻesuʻega o Au20, o lona uiga, o se fuifui o 20 auro atoms. O lona ta'uta'ua ona o lona fa'atusa maualuga tetrahedral* fausaga ma ofo tele HOMO-LUMO (HL) ile va (va)*.
Tetrahedron* - o se polyhedron e fa tafatolu o foliga. Afai tatou te manatu o se tasi o foliga o le faavae, ona mafai lea ona taʻua le tetrahedron o se pyramid tafatolu.
HOMO-LUMO gap (gap)* — HOMO ma le LUMO o ituaiga mole mole orbital (se galuega fa'a-matematika e fa'amatala ai le amio a le galu o le eletise i totonu o se mole). O le HOMO o loʻo faʻatusalia mo le pito sili ona maualuga o loʻo nofoia, ae o le LUMO o loʻo faʻatusalia mo le pito sili ona maualalo o loʻo le nofoia. O le eletise o se mole i le tulaga o le eleele e faʻatumu ai orbital uma i le malosi maualalo. O le orbital e sili ona maualuga le malosi i totonu o mea faʻatumu e taʻua o HOMO. I le isi itu, o le LUMO o le pito sili ona maualalo o le eletise. O le eseesega o le malosi i le va o nei ituaiga e lua o orbital ua taʻua o le HOMO-LUMO gap.
Photoelectron spectroscopy o Au20 na faʻaalia ai o le HOMO-LUMO va o le 1.77 eV.
O faʻataʻitaʻiga na faʻatinoina i luga o le faʻavaeina o le tele o galuega (o se metotia mo le fuafuaina o le fausaga eletise o faiga) na faʻaalia ai e mafai ona ausia se eseesega o le malosi e ala i le tetrahedral pyramid o le Td symmetry (tetrahedral symmetry), o le geometry sili ona mautu mo le Au20 fuifui.
Ua matauina e saienitisi o suʻesuʻega muamua i le Au20 na maua ai ni taunuuga le saʻo ona o le lavelave o le faagasologa. I le taimi muamua, na faʻaaogaina ai se faʻataʻitaʻiga eletise eletise eletise, o le maualuga o le malosi o le laʻau na faʻalavelaveina iʻuga o le mataʻituina: o se fesuiaiga faifaipea o Au20 na matauina i le va o faʻatulagaga faʻavae eseese. I le 5% o ata na maua, o le Au20 fuifui o le tetrahedral, ma i le vaega o totoe o lona geometry na matua faaletonu. O le mea lea, o le i ai o se fausaga Au20 tetrahedral i luga o se mea e fai ai, mo se faʻataʻitaʻiga, e le mafai ona taʻua le carbon amorphous XNUMX% faʻamaonia.
I le suʻesuʻega o loʻo tatou iloiloina i aso nei, na filifili ai saienitisi e faʻaoga se auala sili atu ona agamalu mo le suʻesuʻeina o Au20, e taʻua o le suʻesuʻeina o le microscopy tunneling (STM) ma le suʻesuʻeina o le tunneling spectroscopy (STS). O mea na matauina o Au20 fuifui i luga o ata tifaga NaCl ultrathin. Na faʻatagaina i matou e le STM e faʻamaonia le faʻatusa tafatolu o le fausaga o le pyramidal, ma o faʻamaumauga a le STS na mafai ai ona faʻatusatusa le va o HOMO-LUMO, lea e pei o le 2.0 eV.
Suesuega sauniuni
O le NaCl layer na fa'atupuina i luga o le Au(111) mea'ai e fa'aaoga ai le fa'aputuina o ausa vaila'au i le 800 K i totonu o se potu STM i lalo ole tulaga gaogao maualuga.
Au20 fuifui ion na gaosia e ala i se seti maneta sputtering setup ma le lapopoa filifilia e faaaoga ai se faamama tele tele. O le puna o le sputtering sa faagaoioia i le faiga faifaipea ma maua ai se vaega tele o fuifui ua molia, lea na sosoo ai ma totonu o le faamama tele o le quadrupole. O fuifui filifilia na teuina i luga o se mea'ai NaCl/Au(111). Mo le tuʻuina atu o le maualalo, o le fuifui fuifui o le 30 pA (picoamps) ma le taimi faʻapipiʻi e 9 minute; mo le faʻapipiʻiina maualuga, o le 1 nA (nanoamps) ma le 15 minute. O le mamafa i totonu o le potu e 10-9 mbar.
Iʻuga o suʻesuʻega
O fuifui anionic Au20 ua filifilia ma le maualalo o le mamafa sa teuina i le vevela o le potu i luga o motu ultrathin NaCl, e aofia ai le 2L, 3L, ma le 4L (papa atomika).
Ata #1
i 1A E mafai ona iloa o le tele o le NaCl ua tupu aʻe e tolu laulau, o vaega e lua ma le fa faʻapipiʻi o loʻo nofoia se vaega laʻititi, ma e 5L e toetoe lava leai.
Au20 fuifui na maua i le tolu-ma le fa-vaega itulagi, ae sa toesea i le 2L. O loʻo faʻamatalaina e le mea moni e mafai e Au20 ona pasia le 2L NaCl, ae i le tulaga o le 3L ma le 4L NaCl, o loʻo taofia i luga o latou luga. I le maualalo coating density i le itulagi o 200 x 200 nm, mai 0 i 4 fuifui na matauina e aunoa ma ni faailoga o Au20 agglomeration (accumulation).
Ona o le maualuga tele o le tetee o le 4L NaCl ma le le mautu pe a suʻeina le Au20 tasi i luga o le 4L NaCl, na taulaʻi ai le au saienitisi i le suʻesuʻeina o fuifui i luga o le 3L NaCl.
Ata #2
Microscopy o fuifui i le 3L NaCl na faʻaalia ai o latou maualuga e 0.88 ± 0.12 nm. O lenei fuainumera o loʻo malilie lelei ma faʻataʻitaʻiga faʻataʻitaʻiga, lea na valoia ai le maualuga o le 0.94 ± 0.01 nm (2A). Na faʻaalia foi e le microscopy o nisi fuifui o loʻo i ai se foliga tafatolu ma le tasi atoma o loʻo i luga, lea e faʻamaonia ai suʻesuʻega faʻataʻitaʻiga e uiga i foliga pyramidal o le fausaga Au20 (2B).
Ua matauina e saienitisi pe a vaai faalemafaufau i ni mea laiti e tolu-dimensional, e pei o Au20 fuifui, e matua faigata lava ona aloese mai ni mea sese. Ina ia maua ata sili ona sa'o (mai se vaaiga atomic ma geometric), sa mana'omia le fa'aogaina o se pito sili ona ma'ai atomically Cl-functionalized microscope. O se foliga pyramidal na iloa i ni fuifui se lua (1B и 1С), o ata tolu-ituaiga o loʻo faʻaalia i totonu 1D и 1E, faʻatulagaina.
E ui lava o foliga tafatolu ma le tufatufaina o le maualuga o loʻo faʻaalia ai o fuifui na teuina o loʻo tumau pea se foliga pyramidal, ata STM (1B и 1С) e le fa'aalia lelei fausaga tetrahedral. pito sili ona tele i le ata 1B e tusa ma le 78°. Ma o le 30% sili atu nai lo le 60 ° mo se tetrahedron lelei ma le Td symmetry.
Atonu e lua mafuaaga mo lenei mea. Muamua, o loʻo i ai le le saʻo i le ata lava ia, e mafua mai i le lavelave o lenei faagasologa ma le mea moni e le faʻamalosi le pito o le nila microscope, ma e mafai foi ona faʻasese ata. O le mafuaaga lona lua e mafua ona o le faʻalavelave i totonu o le Au20 lagolago. A fuifui Au20 ma le Td simmetry fanua i luga o le sikuea NaCl lattice, o le simmetry mismatch faʻalavelaveina le fausaga tetrahedral sili o Au20.
Ina ia mafai ona iloa le mafuaʻaga o ia suiga i ata, na suʻesuʻeina e saienitisi faʻamatalaga i luga o le faʻatusa o fausaga Au20 e tolu i luga o le NaCl. O se taunuuga, na maua ai o fuifui e na o sina faʻasesega mai le fausaga tetrahedral lelei ma le Td symmetry ma le maualuga o le vavae ese i tulaga atomika o le 0.45. O le mea lea, o faʻalavelave i ata e mafua mai i le le saʻo i le faiga o ata lava ia, ae le o soʻo se faʻalavelave i le tuʻuina atu o fuifui i luga o le substrate ma / poʻo le fegalegaleaiga i le va oi latou.
E le gata o faʻamatalaga faʻamaumauga o faʻailoga manino o le fausaga o le pyramidal o le Au20 fuifui, ae faʻapea foʻi ma se vaeluaga tele HL (e uiga i le 1.8 eV) faʻatusatusa i isi Au20. isomers* ma le malosi maualalo (i le talitonuga i lalo ole 0.5 eV).
Isomers* - fausaga e tutusa i le tuufaatasiga atomika ma le mamafa mole, ae eseese i latou fausaga poʻo le faʻatulagaina o atoms.
Su'esu'ega o meatotino fa'aeletoroni o fuifui o lo'o tu'uina i luga o se mea'ai e fa'aaoga ai le su'esu'eina o le fa'aogaina o le spectroscopy (1F) na mafai ai ona maua le eseesega o alaleo conductivity (dI/dV) o le Au20 fuifui, lea e faaalia ai se va tele faaili (Eg) tutusa ma 3.1 eV.
Talu ai ona o le fuifui ua vaeluaina eletise e ala i le insulating NaCl ata tifaga, o le lua-pa puipui tunnel junction (DBTJ) ua fausia, lea e mafua ai aafiaga tunneling tasi-eletonika. O le mea lea, o le faʻalavelave i le spectrum dI / dV o le taunuuga lea o le galuega faʻatasi o le quantum HL discontinuity (EHL) ma le malosi Coulomb masani (Ec). Fua o malologa i le fusi o alaleo na faaalia mai le 2.4 i le 3.1 eV mo fuifui fitu (1F). O fa'aletonu ua matauina e sili atu nai lo le fa'aletonu o le HL (1.8 eV) i le vaega kasa Au20.
O le fesuisuiai o le malepelepe i fuifui eseese e mafua ona o le fuaina o le faiga lava ia (le tulaga o le nila e faʻatatau i le fuifui). Ole va tele na fuaina ile spectra dI/dV ole 3.1 eV. I lenei tulaga, o le pito na tu mamao mai le fuifui, lea na faia ai le eletise eletise i le va o le pito ma le fuifui itiiti ifo nai lo le va o le fuifui ma le Au (111) substrate.
Na sosoo ai, na matou faia faʻatusatusaga o HL ruptures of free Au20 fuifui ma i latou o loʻo i luga o le 3L NaCl.
O le kalafi 2C o lo'o fa'aalia ai le fa'ata'ita'iina o le va'aiga o setete mo se kasa-vaega Au20 tetrahedron o lona HL va e 1.78 eV. A tu le fuifui i luga o le 3L NaCl/Au(111), fa'atupu fa'alavelave ma fa'aitiitia le va o le HL mai le 1.73 i le 1.51 eV, lea e fa'atusalia i le va o le HL o le 2.0 eV na maua i le taimi o fua fa'ata'ita'iga.
I suʻesuʻega talu ai, na maua ai Au20 isomers ma se Cs-symmetric fausaga o loʻo i ai se HL gap e uiga i 0.688 eV, ma fausaga faʻatasi ma amorphous symmetry - 0.93 eV. I le amanaʻiaina o nei faʻamatalaga ma taunuuga o fuataga, na oʻo mai ai le au saienitisi i le faaiuga e mafai ona maua se vaeluaga tele i lalo o tulaga o se fausaga pyramidal tetrahedral.
O le isi la'asaga o le su'esu'ega o le su'esu'eina lea o feso'ota'iga fuifui, lea na fa'aputu ai le tele o Au3 (fa'ateleina le mamafa) i luga o le 111L NaCl/Au(20).
Ata #3
I le ata 3A o lo'o fa'aalia se ata fa'afanua STM o fuifui ua teuina. E tusa ma le 100 fuifui o loʻo matauina i le vaega o suʻesuʻega (100 nm x 30 nm). O le tele o fuifui fegalegaleai i luga ole 3L NaCl e sili atu pe tutusa ma le tele o mea na suʻesuʻeina i faʻataʻitaʻiga ma fuifui tasi. E mafai ona faʻamatalaina lenei mea e ala i le faʻasalalau ma le faʻapipiʻiina (faʻapipiʻi) i luga o le NaCl ile vevela ole potu.
O le faʻaputuina ma le tuputupu aʻe o fuifui e mafai ona faʻamatalaina i ni auala se lua: Ostwald ripening (recondensation) ma Smoluchowski ripening (faʻalauteleina o motu). I le tulaga o le fua o Ostwald, e tupu aʻe fuifui tetele i le tau o mea laiti, pe a vavae ese mai ia i latou atoms ma faʻasalalau atu i tuaoi. I le taimi o le matua o Smoluchowski, o vaega tetele e faia ona o le femalagaiga ma le faʻapipiʻiina o fuifui atoa. O le tasi ituaiga o fua e mafai ona iloagofie mai le isi e pei ona taua i lalo: faʻatasi ai ma le Ostwald ripening, o le tufatufaina atu o fuifui lapopoa e faʻalauteleina ma faʻaauau, ma faʻatasi ai ma Smoluchowski ripening, o le tele e tufatufaina faʻapitoa.
I luga o siata 3B и 3С o faʻaiʻuga o suʻesuʻega o le sili atu i le 300 fuifui o loʻo faʻaalia, i.e. tufatufaina tele. Ole tele ole maualuga ole fuifui ua matauina e fai si lautele, ae tolu vaega o mea sili ona taatele e mafai ona iloagofie (3С): 0.85, 1.10 ma le 1.33 nm.
E pei ona vaaia i le kalafi 3B, o loʻo i ai se faʻasalalauga i le va o le tau o le maualuga ma le lautele o le fuifui. O faʻasologa faʻapipiʻi mataʻituina e faʻaalia ai foliga o le matua o Smoluchowski.
O lo'o iai fo'i fa'atasiga i le va o fuifui i fa'ata'ita'iga maualuga ma le maualalo o le tu'u. O le mea lea, o se vaega o fuifui ma le maualuga o le 0.85 nm e ogatasi ma se fuifui taʻitasi ma le maualuga o le 0.88 nm i faʻataʻitaʻiga e maualalo le mamafa. O le mea lea, o fuifui mai le vaega muamua na tuʻuina atu le tau Au20, ma fuifui mai le lona lua (1.10 nm) ma le tolu (1.33 nm) na tuʻuina atu le tau Au40 ma Au60, faasologa.
Ata #4
I le ata 4A e mafai ona tatou vaʻaia eseesega vaʻaia i le va o vaega e tolu o fuifui, o le dI / dV spectra o loʻo faʻaalia i le kalafi. 4B.
A'o fa'atasi fuifui Au20 i se va malosi tele i le fusi o alaleo, fa'aitiitia le dI/dV. O le mea lea, mo vaega taʻitasi na maua ai faʻatauga faʻagata nei: Au20-3.0 eV, Au40-2.0 eV, ma Au60-1.2 eV. I le amanaia ai o nei faʻamaumauga, faʻapea foʻi ma ata faʻasolosolo o vaega suʻesuʻe, e mafai ona finau e faapea o le geometry o fuifui agglomerates e latalata i spherical poʻo le hemispherical.
Ina ia faʻatusatusa le aofaʻi o atoms i fuifui spherical ma hemispherical, e mafai ona e faʻaogaina Ns = [(h/2)/r]3 ma Nh = 1/2 (h/r)3, lea. h и r fa'atusa le maualuga fuifui ma le radius o le tasi Au atom. I le amanaia ai o le Wigner-Seitz radius mo le atom auro (r = 0.159 nm), e mafai ona tatou fuafuaina lo latou numera mo le spherical approximation: o le vaega lona lua (Au40) - 41 atoms, o le vaega lona tolu (Au60) - 68 atoms. I le fa'atusatusaga o le hemispherical, o le aofa'i fa'atatau o atoms 166 ma le 273 e matua'i maualuga atu nai lo Au40 ma Au60 i le fa'ata'ita'iga spherical. O le mea lea, e mafai ona faʻauʻuina o le geometry o Au40 ma Au60 e lapotopoto nai lo le hemispherical.
Mo se faʻamatalaga auiliili i le nuances o le suʻesuʻega, ou te fautuaina le vaʻai i и ia te ia.
Epilogue
I lenei suʻesuʻega, na tuʻufaʻatasia ai e saienitisi le suʻesuʻeina o le tunneling spectroscopy ma le microscopy, lea na mafai ai ona latou maua faʻamatalaga saʻo e uiga i le geometry o fuifui o atoms auro. Na maua o le Au20 fuifui teuina i luga o se 3L NaCl / Au (111) substrate taofia lona fausaga pyramidal kasa-vaega ma se va tele HL. Na maua foi o le autu autu o le tuputupu ae ma le tuufaatasia o fuifui i vaega o Smoluchowski maturation.
Saienitisi taʻua o se tasi o ausia autu o la latou galuega e le o le tele o taunuuga o suʻesuʻega i fuifui atomic, ae o le auala o le faia o lenei suesuega. I le taimi muamua, na faʻaaogaina ai se microscope electron suʻesuʻeina faʻasalalau, lea, ona o ona meatotino, na faʻalavelave ai iʻuga o faʻamatalaga. Ae ui i lea, o le auala fou o loʻo faʻamatalaina i lenei galuega e mafai ai ona tatou maua faʻamatalaga saʻo.
Faatasi ai ma isi mea, o le suʻesuʻeina o fausaga faʻapipiʻi e mafai ai ona tatou malamalama ia latou catalytic ma mea faʻapitoa, lea e matua taua tele mo lo latou faʻaogaina i faʻapipiʻi faʻapipiʻi ma masini mata. I le taimi nei, o fuifui ua uma ona faʻaaogaina i suauʻu suauʻu ma carbon puʻeina. Peitai, e tusa ai ma le au saienitisi lava ia, e le o le tapulaa lea.
Faafetai mo le faitau, nofo fiailoa ma ia manuia le vaiaso tama. 🙂
O nisi faʻasalalauga 🙂
Faafetai mo le nofo faatasi ma i matou. E te fiafia i a matou tala? E te mana'o e va'ai i mea e sili atu ona manaia? Lagolago i matou e ala i le tuʻuina atu o se faʻatonuga pe fautuaina i uo, , o se faʻatusa tulaga ese o sapalai tulaga ulufale, lea na matou faia mo oe: (avanoa ma RAID1 ma RAID10, e oʻo atu i 24 cores ma oʻo atu i le 40GB DDR4).
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