团簇:构造新世界的超原子

作者: 郭宇

来源: 中国物理学会期刊网

发布日期: 2022-08-27 10:58:15

团簇是介于微观原子、分子与宏观凝聚态之间的物质结构新层次,具有确定的原子数量和精确可控的几何与电子结构。某些特定的稳定团簇具有类似单个原子的特性,因此可看作“超原子”进行功能精确可控的材料组装与器件设计。

团簇是介于微观原子、分子与宏观凝聚态之间的物质结构新层次,具有确定的原子数量和精确可控的几何与电子结构。某些特定的稳定团簇具有类似单个原子的特性,因此可看作“超原子”进行功能精确可控的材料组装与器件设计。

文章以富勒烯团簇、金属掺杂Si/Ge团簇、八面体[M6E8]团簇和As团簇为例,重点介绍近年来团簇组装结构的实验和理论研究进展,探讨团簇组装对团簇物理、化学性质的调控作用,并对本领域存在的问题与发展思路进行了展望。

团簇是由几个至几万个原子组成的相对稳定的微观聚集体,具有确定的原子组成、几何构型与电子结构。

作为物质结构新层次,团簇的研究有助于理解从微观原子、分子向宏观凝聚态的物质演化规律,也为我们探索零维体系的新奇特性提供了理想平台。对于小尺寸团簇,每增减一个原子,团簇的基态结构就会发生重构,并伴随着物理、化学性质的显著变化。因此,科学家尝试利用团簇在原子组成和原子数目的连续可变性,实现团簇性能在原子尺度上的精准调控,并将团簇作为基元自下而上地构造新材料和新器件。

近年来,团簇领域学者从理论与实验两方面对团簇组装体系进行了大量的尝试,取得了一定的进展。本文将分别介绍富勒烯团簇、金属掺杂Si/Ge团簇、八面体[M6E8]团簇和As团簇组装材料的结构和物理、化学性质,并从理论设计的角度展望团簇组装体系的发展前景和所面临的挑战。

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