Page - 255 - in Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung

Aluminiumcluster 255 Anteil an Oberflächenatomen – wie z.B. Clustern, ist die Oberflächenenergie struktur- entscheidend. Es ist aus diesem Grund anzunehmen, dass aufgrund ihrer endlichen Aus- dehnung eine solche offensichtliche Verspannung energetisch sogar günstiger sein kann als in deutlich größeren, makroskopischen Objekten. Sie führt durch Wölbung der Ober- fläche tendenziell zu einer kugelförmigen Gestalt. Eine alternative hier mögliche Art von Fehlordnung kann am Beispiel des Clusters Al69− (Isomer 1, siehe Seite 242) verdeutlicht werden.xii Zerschneidet man die Struktur entlang ihrer Spiegelebene, so erhält man zwei Fragmente eines fcc-Gitters. Der Trennbereich zweier Kristallstücke unterschiedlicher Orientierung wird als Korngrenze bezeichnet. Dasselbe Konzept ist ganz allgemein für einen Metallcluster mit dekaedrischer Struktur gültig, weshalb man in diesen Fällen manchmal auch lieber von vielfach verzwillingten Strukturen (multiple-twinned particles, MTP) spricht (siehe z.B. Kapitel 5.6). Der Schnitt entlang aller fünf möglichen Spiegelhalbebenen führt zu Fragmenten mit fcc- Gitterstruktur. Die Schnittkanten entsprechen im weiteren Sinn solchen Korngrenzen, die für kleine Partikel im Rahmen der Energieminimierung der Oberfläche sogar entste- hen müssen. Erst eine makroskopische Struktur verlangt die translationssymmetrische Anordnung einer fcc-Struktur. Die entscheidende Triebkraft dieses Prozesses ist letztendlich nicht zu identifizieren: Sowohl (zufälliges) epitaktisches Wachstum wie auch energetisch (z.T. thermodyna- misch) getriebene Ausbildungen von Korngrenzen sind denkbar. Es bleibt zu vermuten, dass im vorliegenden Größenbereich die Energiebarrieren der Isomerisierung sehr hoch sind und erst bei Temperaturen von T = 530K beobachtet werden können. Eine durch Stoßdissoziationsexperimente induzierte Strukturumwandlung ist ab einer Temperatur von ca. T = 300K festgestellt worden. Abschließend kann vermutet werden, dass im Falle des Clusters Al128− eine fcc-ähnliche Struktur (ohne Fehlordnungen) die bis zur Schmelztemperatur wahrscheinlich günstigste Gleichgewichtsstruktur darstellt. xii Die hier gemeinte Fehlordnung bezieht sich streng auf eine Abweichung zur regelmäßigen Anordnung eines Einkristallgitters. Da diese auch in hochsymmetrischen und stabilen Clusterstrukturen auftreten, soll mit dem hier verwendeten Begriff deutlich gemacht werden, dass in einem Nanopartikel stets struktureller Stress entsteht, der örtlich stark variieren kann.