ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Нейтральные кластеры инертных газов из "Физико-химия нанокластеров наноструктур и наноматериалов" Пусть ветер по таволге веющий ту капельку мучит и плющит, цела, не двоится, их две еще целующихся и пьющих. [c.305] Электронные оболочки атомов инертных газов обладают сферической симметрией, что неизбежно должно приводить к особым свойствам кластеров, сформированных из атомов инертных газов. Силы, объединяющие атомы в кластеры, представляют собой вандерваальсовы взаимодействия, которые, кроме атомов гелия, тем не менее вызывают образование молекулярных кристаллов при низких температурах. Для перевода гелия в твердое состояние необходимо еще и приложение больщих давлений в связи с влиянием нулевых колебаний атомов. Те же силы способствуют образованию молекулярных кластеров из таких инертных молекул, как Со2, 8Рб или СбНб. В образовании кластеров из молекул Н2О, НР или СНз ОН принимают участие также и водородные связи. Формирование и свойства кластеров, организованных из таких атомов и молекул, составят предмет этой главы. [c.305] На рис. 9.1 представлена схема потенциала для двух атомов Аг, образующих димер, которая может быть применена и для кластеров. [c.306] Увеличение энергии связи для димера (кластера) при переходе его в возбужденное или ионизованное состояние допускает простую квантовомеханическую трактовку, например, с применением простейшей модели для Не. [c.307] Атом Не обладает двумя 1в электронами. При образовании димера образуются две заселенные молекулярные орбитали связывающая и разрыхляющая. Каждая орбиталь может быть занята двумя электронами с противоположно направленными спинами таким образом, что для Нег равномерно заселяются связывающая и разрыхляющая орбитали, что приводит к почти полному уравновешиванию связывания и расталкивания и объясняет слабую энергию связи для кластеров инертных газов. Однако димер Не имеет уже два связывающих и один разрыхляющий электрон, что ведет к увеличению энергии связи такого димера. [c.307] Такая локализация заряда типична для кластеров инертных газов, так как она ведет к уменьшению суммарной энергии системы и вызывает сближение атомов в димере. [c.307] Моделирование основного состояния кластеров инертных газов проводилось с помощью потенциала парных взаимодействий [1]. [c.307] Естественно, что увеличение числа атомов в кластере приводит к значительному возрастанию времени компьютерного счета. Так, для 13-атомного кластера с взаимодействием типа Леннарда—Джонса суммарный потенциал содержит уже 988 локальных минимумов, число которых стремительно растет с увеличением числа атомов в кластере. На рис. 9.2 приводятся расчетные наиболее стабильные конфигурации кластеров по мере их роста. [c.307] Тример, п = 3, обладает геометрией равнобедренного треугольника, п = 4 соответствует тетраэдру, п = 5 треугольной бипирамиде, для п = 7 возникает уже пентагональная симметрия пятого порядка, которая отсутствует для бесконечных кристаллических решеток в физике твердого тела. Начиная с п = 13 начинается стабильная структура икосаэдра. Дальнейший рост кластера приводит к стабильной структуре с п = 55,147,309, 561. Число ближайших соседей в икосаэдре больше, чем при любой другой симметрии кристаллической решетки. Это и приводит к повышенной стабильности таких структур. [c.307] Электронное возбуждение кластера может быть локализованным или делокализованным. В случае локализации заряд должен фиксироваться на димере, т. е. образовываться кластер (Аг2)Агт 2. [c.309] Применяется два способа исследования флуоресценции измерение суммарного выхода флуоресценции и измерение сечения фотопоглощения нейтрального кластера и измерение спектров флуоресценции. [c.309] На рис. 9.3 представлены спектры флюоресценции для криптона [2]. [c.309] Приводятся спектры при переходе от атома к кластерам с различным числом атомов и далее к массивному твердому телу из кластеров. [c.309] Для атома характерны две узкие линии, возникшие за счет спин-орби-тального расщепления 4р - 4р 5з перехода. С увеличением размера кластера спектральные линии уширяются с небольшим сдвигами и расщепляются на несколько линий. [c.309] Для получения спектров на рис. 9.4 небольшое количество — 10 — атомов ксенона было растворено в аргоне. [c.310] Таким образом, кластеры состоят, в основном, из аргона, и только некоторые из них включают атомы ксенона. Три линии на спектре соответствуют атомам Хе, находящимся на поверхности кластера аргона (I), в поверхностном слое кластера аргона (II) и внутри кластера аргона (III). [c.310] Предполагается, что поглощение фотона не приводит к выбросу атомов из кластера, так что возбужденный и ионизованный кластер включают одно и то же число атомов. Полученные таким способом результаты [4] представлены на рис. 9.5. [c.311] Наблюдается сильный скачок энергии ионизации от мономера к димеру в соответствии с понижением энергии связи для димера (см. рис. 9.1). Затем энергия ионизации убывает медленно. Нижний предел ь соответствующий массивному твердому телу, наблюдается уже для кластера Аг2о, в то время как для К20 величина Е[ составляет разницу в пол-электронвольта. Читатель может отметить, что для металлов величина изменяется значительно медленнее. [c.311] После вертикального перехода нейтрального кластера на уровень энергии Аг атомы аргона начинают двигаться и система переходит из возбужденного состояния в ионизованное. [c.312] Вернуться к основной статье