Исследователи разработали новый метод определения атомной структуры отдельных металлических наночастиц. Это знание может означать прогресс в наноэлектронике.
Крошечные частицы, состоящие всего из 6-23 атомов ванадия, были исследованы с помощью так называемой спектроскопии дальнего инфракрасного диапазона: в зависимости от их размера получаются разные спектры, то есть настоящие «отпечатки пальцев» их атомных частиц. структура. Затем определяли геометрическую структуру наночастиц путем сравнения со спектрами, рассчитанными с использованием теории функционала плотности.
Мелкие металлические частицы быстро приобретают все большее значение в нанотехнологиях и катализе. Эти наночастицы имеют размер от нескольких до нескольких сотен атомов. Их геометрия и электронная структура отличаются от объемного материала, и они могут проявлять удивительные свойства: наночастицы золота проявляют каталитическую активность. Кроме того, их свойства могут сильно зависеть от размера, резко меняясь при добавлении всего одного атома в такой кластер. Цель исследования - получить возможность использовать такие наночастицы в материаловедении, наноэлектронике или катализе.
Сложные структурные определения
Сегодня микроскопическая структура, т. е. расположение атомов в твердых телах, в основном известна в мельчайших подробностях. Знание строения, в свою очередь, является элементарной предпосылкой для понимания и использования химических и физических свойств материалов. С другой стороны, для наночастиц из того же материала ситуация совершенно иная: эти частицы обладают удивительными свойствами, но определить их внутреннюю атомную структуру крайне сложно.
Команда ученых из Берлинского института Фрица Габера Общества Макса Планка, Института физики плазмы FOM в Ньювегейне/Нидерланды, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе/США и Университета Неймегена/ В настоящее время Нидерландам удалось определить структуру металлических наночастиц в сочетании экспериментальных и теоретических исследований. В эксперименте они измерили колебательные свойства частиц с помощью инфракрасной многофотонной диссоциации (IR-MPD) и использовали их для определения сил, удерживающих атомы в наночастице вместе. Эксперименты проводились на «Лазерах на свободных электронах для инфракрасных экспериментов (ФЕЛИКС)» Института ФОМ. Измеренные инфракрасные спектры сильно зависят от размера и структуры частиц и характеризуют геометрическое расположение атомов. Сравнение с квантово-механическими моделями, основанными на теории функционала плотности, позволяет выяснить структуру наночастиц.
Эти исследования демонстрируют, что спектроскопия дальнего инфракрасного диапазона в сочетании с теоретическими расчетами может предоставить уникальную информацию о металлических наночастицах. Это создает основу для более глубокого понимания структуры металлических наночастиц, что является важной предпосылкой для более эффективного использования их свойств в будущем.
Этот проект является частью исследовательской программы Фонда фундаментальных исследований материи (FOM) Нидерландской организации по охране материи (NWO). Его также поддержали Общество Макса Планка, Европейский союз и Немецкий исследовательский фонд.