Энергия диссоциации кластера

Кластеры после возбуждения, например, лазером могут распадаться на атомные фрагменты в виде отдельных атомов или мелких кластеров, в частности, димеров. Распад кластера может идти по механизму испарения или деления. Устойчивость кластера, состоящего из п атомов, обусловлена распределением поглощенной энергии по колебательным степеням свободы с последующей флуктуационной локализацией, приводящей к разрушению кластера и связана с временем жизни возбужденного состояния.

Для изучения процесса распада незаряженные кластеры ионизуются лазерным импульсом и затем за время t = 10-200 мкс продукты распада разделяются по массам, содержащим от п = 3 до 900 атомов с помощью времяпролетного массспектрометра.

Исследования распада кластеров свидетельствуют о том, что для нейтральных и положительных однозарядных кластеров имеется только два канала диссоциации, связанных с испусканием атома или нейтрального димера. При этом кластеры с четным числом атомов испаряют только один атом, а кластеры с нечетным числом атомов испаряют атом или димер.

При увеличении размера кластера энергия диссоциации стремится к значению для массивных материалов, большему, чем величина энергии связи в димерах. При прочих равных условиях большую стабильность показывают кластеры со спаренными электронами, где их число четно.

Рис.2. Диссоциация нанокластеров.

Нанокластеры с двойным положительным зарядом при числе атомов меньше некоторого критического п_с нестабильны, поскольку энергия, связанная с кулоновским отталкиванием положительных зарядов, будет превышать энергию связи в кластере и происходит их разделение.

Для больших кластеров п > 30 испарение кластеров превосходит кулоновское деление, так как энергия кулоновского отталкивания меньше, чем энергия связи между атомами. Для промежуточных размеров 26 < п < 30 испарение и деление сосуществуют, показывая, что энергия кулоновского отталкивания приблизительно равна энергии связи. Для малых кластеров (п < 24) энергия кулоновского отталкивания становится больше энергии связи и существование дважды заряженных кластеров становится невозможным.

Дважды положительно заряженные кластеры элементов I группы нестабильны при критическом количестве атомов п_с = 24 (Na), 17 (К), 19 (Cs), 5 (Ag), 3 (Au), соответственно.