Page - 184 - in Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung

184 Strukturen von Metallclusterionen 5.6 Strukturelle Entwicklung später Übergangsmetallcluster (Co, Ni, Cu, Ag) Abschließend zu den bisher zahlreichen erkundeten Strukturen kleinerer Metallcluster- ionen und den erkannten großen Unterschiede zu den Atomanordnungen in makrosko- pischen Objekten wird nun in diesem Kapitel die Frage nach den einzelnen bis zu einer Festkörperstruktur durchlaufenen Stationen in den Fokus gestellt. Die hierfür herange- zogenen Cluster aus elektronenreichen Übergangsmetallen setzen sich in ihrer kleinsten Gestalt aus 71 Atomen zusammen und wachsen in ihrem Durchmesser auf bis zu 1,8nm an (n ≈ 250). Diese Agglomerate können nun wirklich als „Nanoteilchen“ bezeichnet werden und zeichnen sich ganz besonders durch ihre wohldefinierte Erschaffung und Isolation aus. Anders als z.B. in Arbeiten über große Cluster, die auf Oberflächen depo- niert wurden, können ihre Strukturen auf diese Weise wechselwirkungsfrei untersucht und die intrinsischen elementspezifischen Triebkräfte darin analysiert werden. Zahlrei- che Experimente mit Elektronenbeugung an Molekularstrahlen wurden an den in die- sem Kapitel gewählten Übergangsmetallen u.a. z.B. von R. Monot, G. D. Stein oder S. A. Brown ausgeführt.27,276–283 Gegenüber dortigen polydispersen Proben sind die in die- ser Arbeit untersuchten Cluster deutlich schärfer charakterisiert. 5.6.1 Strukturmotive und Energetik freier Nanocluster Unter den Bedingungen tiefer Temperaturen ist die günstigste Struktur eines Clusters (aus N Atomen) i.d.R. die mit der niedrigsten elektronischen Gesamtenergie. Die Suche dieser Geometrien ist für große N eine anspruchsvolle Aufgabe und wird in den meisten Fällen nicht mehr mit ab initio Methoden ausgeführt. Stattdessen dienen einfache semi- empirische (Zweikörper-)Potenziale einer Beschreibung der Teilchenwechselwirkung. Kompakte, oft metallische oder van-der-Waals-Strukturen, deren Bindungsnatur weni- ger gerichtet ist als in kovalenten Verbindungen, sind nach entsprechender Parametrisie- rung gut beschreibbar. Insbesondere auf homoatomare Systeme bestehend aus Über- gangsmetallen ist dies zutreffend, die meist ein relativ breites d-Elektronenband (Zu- standsdichte) entwickeln. In Abbildung 142 ist der Verlauf eines solchen Potenzials (Gupta) von verschiedenen in dieser Arbeit untersuchten Elementen (Co, Ni, Cu und Ag) dargestellt. Die analytische Form der elektronischen Bindungsenergie Ec lässt sich in zwei Beiträge, einen abstoßenden ER und einen anziehenden EB Teil, trennen:87,189