Neue Veröffentlichungen
01.01.2023
Unsere Veröffentlichungen der letzten Monate handeln von einer korrelierten Studie des Zeeman- und Stark-Effekts an den p-dotierten Zinnclustern MSn 12 mit M=Al, Ga, In, sowie von der Beobachtung linear skalierender Dipolmomente quasisphärischer Si-Cluster in elektrischen Ablenkexperimenten, beides in Zusammenspiel mit moderner Quantenchemie.
Experimente zur magnetischen und elektrischen Ablenkung von Molekularstrahlen sind leistungsstarke Instrumente zur Untersuchung des Stark- und Zeeman-Effekts von isolierten Clustern. Durch die Kombination beider Experimente geben die Ergebnisse nicht nur einen Einblick in die magnetischen und elektrischen Eigenschaften, sondern können auch eine Korrelation zwischen dem dem Stark- und dem Zeeman-Effekt aufzeigen.
M(120)Sn12-Cluster mit M = Al, Ga, In wurden in elektrischen und magnetischen Molekularstrahlablenkexperimenten bei Düsentemperaturen von 16 K und 30 K untersucht. Beide Experimente zeigen zwei Fraktionen (unpolar/polar und Brillouin/superatomar), die gleichzeitig im Molekularstrahl vorliegen. Darüber hinaus wird mit mehreren kombinierten Versuchsaufbauten der elektrischen und magnetischen Ablenkung untersucht, wie die superatomaren und polaren Fraktionen voneinander abhängen. Durch Herausfiltern einer Fraktion mit dem ersten inhomogenen Feld wird im folgenden Ablenkexperiment nur der verbleibende Anteil untersucht. Die magnetischen Strahlprofile können auf der Grundlage verbotener Kreuzungen im Rotations-Zeeman-Diagramm quantitativ in Abhängigkeit der Rotationskonstanten, der Schwingungsmoden, der elektronischen g-Faktoren und der Spin-Rotations-Kopplungskonstanten simuliert werden. Diese Simulationen ermöglichen eine Unterscheidung möglicher Strukturkandidaten für das beobachtete superatomare Verhalten.
Die experimentell beobachteten elektronischen g-Faktoren von g=2.6-2.7 deuten auf einen beachtlichen Beitrag der Spin-Bahn-Kopplung hin und konnten erstmals durch ein quantenchemisches Modell in Abhängigkeit der globalen Clustersymmetrie erklärt werden.
Experimente zur Molekularstrahlablenkung wurden an isolierten SiN-Clustern (N = 30 – 90) in der Gasphase bei kryogenen Temperaturen von 16 K durchgeführt, um die elektrischen Dipolmomente und Polarisierbarkeiten zu bestimmen. Dieser Größenbereich der Cluster ist besonders interessant, da sie eine quasisphärische Struktur aufweisen, die sich dem für Tetrelcluster bekannten Regime des prolaten Wachstums anschließt.
Die Ergebnisse der Molekularstrahlablenkung zeigen zum ersten Mal, dass in diesem Größenbereich der Cluster nicht nur ein nicht-verschwindendes elektrisches Dipolmoment besitzt, sondern auch, dass es linear mit der Clustergröße skaliert. Der dipolare Beitrag zur Polarisierbarkeit ist anschaulich verständlich: Ein SiN-Cluster mit beispielsweise N = 80 Atomen kann mehr als doppelt so gut polarisiert werden wie eine entsprechend kleine Kugel mit den dielektrischen Eigenschaften des α-Si Festkörpers. Die Skalierung des elektrischen Dipolmoments wird auf unterschiedliche Koordinationszahlen und Partialladungen der einzelnen Si-Atome im Cluster zurückgeführt, die durch eine quantenchemische Analyse ermittelt werden.
