Die Gruppe 14 des Periodensystems ist vor allem durch deren Nichtmetall-Halbleiter-Metall-Übergang von besonderem Interesse für Forschung und Industrie. Zinn besitzt zwei stabile Allotrope, die genau die Schnittstelle zwischen Halbleiter und Metall darstellen. Aufgrund ähnlicher optischen Eigenschaften wie Silizium – wie aus dieser Studie unter anderem hervorgeht – ist auch ein tieferes Verständnis der Miniaturisierung und der Clustereigenschaften von Zinn von zentralem Interesse. In dieser Studie dienen elektrische Ablenkmessungen und Photodissoziationsspektroskopie im Molekularstrahl, zusammen mit quantenchemischen Rechnungen, um die Geometrie und Elektronenstruktur der SnN Cluster mit N=6-20,25,30,40 aufzuklären.
Zinn-Cluster zeigen ab einer Größe von etwa 12 Atomen ein charakteristisches prolates Wachstum, das sich auch in den Ablenkprofilen und Absorptionsspektren widerspiegelt. Hierbei wurde zu ersterem der Einfluss elektrischer Dipolmomente, der Rotations- und Schwingungstemperatur und zu zweiterem die Auswirkung von Multiphotonenabsorption und Dissoziationskinetik im Rahmen der RRKM-Theorie untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass für einige Clustergrößen mehrere Isomere im Molekularstrahl vorliegen müssen, die sich oft in ihrer Polarität deutlich unterscheiden. Hierdurch lassen sich weitere Rückschlüsse ziehen, z.B. auf die relativen Energien der Clusterisomere. Auch für dominante Dissoziationskanäle via Sn-, Sn7- und Sn10-Fragmenten konnten experimentelle Indizien gesammelt werden. Die prolaten Strukturen werden dann im Größenbereich von 30<N≤40 allmählich von quasisphärischen Geometrien abgelöst, was anhand des Anstiegs des Absorptionsquerschnittes zu erkennen ist und bereits über klassische Modelle wie die Mie-Gans-Theorie qualitativ verstanden werden kann.
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PCCP „Hot Articles“ 2022
Festschrift Wolgang E. Ernst
