Cluster (Physik) - Cluster (physics)

In der Physik bezeichnet der Begriff Cluster kleine Multiatom-Teilchen. Als Faustregel gilt, dass jedes Teilchen mit 3 bis 3 × 10 7 Atomen als Cluster betrachtet wird. Zwei-Atom-Teilchen werden manchmal auch als Cluster betrachtet. Ein Teilchen mit zwei Atomen kann auch ein Molekül sein.

Der Begriff kann sich auch auf die Organisation von Protonen und Neutronen innerhalb eines Atomkerns beziehen, z. B. das Alpha-Teilchen (auch als "α-Cluster" bekannt), das aus zwei Protonen und zwei Neutronen (wie in einem Heliumkern ) besteht.

Überblick

Obwohl die ersten Berichte über Cluster-Arten bis in die 1940er Jahre zurückreichen, stellte sich die Cluster-Wissenschaft in den 1980er Jahren als eigenständige Forschungsrichtung heraus. Ein Ziel der Forschung war es, die allmähliche Entwicklung kollektiver Phänomene zu untersuchen, die einen Massenfeststoff charakterisieren. Dies sind zum Beispiel die Farbe eines Körpers, seine elektrische Leitfähigkeit, seine Fähigkeit, Licht zu absorbieren oder zu reflektieren, und magnetische Phänomene wie Ferro-, Ferri- oder Antiferromagnetismus. Dies sind typische kollektive Phänomene, die sich nur in einer Gesamtheit einer großen Anzahl von Atomen entwickeln.

Es wurde festgestellt, dass kollektive Phänomene bei sehr kleinen Clustergrößen zusammenbrechen. Es stellte sich zum Beispiel heraus, dass kleine Cluster eines ferromagnetischen Materials eher superparamagnetisch als ferromagnetisch sind. Paramagnetismus ist kein kollektives Phänomen, was bedeutet, dass der Ferromagnetismus des Makrostaten nicht erhalten wurde, indem er in den Nanostatus überging. Dann wurde zum Beispiel die Frage gestellt: "Wie viele Atome benötigen wir, um die kollektiven metallischen oder magnetischen Eigenschaften eines Festkörpers zu erhalten?" Bald nachdem 1980 die ersten Clusterquellen entwickelt worden waren, war eine immer größere Gemeinschaft von Clusterwissenschaftlern an solchen Studien beteiligt.

Diese Entwicklung führte 1986 zur Entdeckung von Fullerenen und einige Jahre später von Kohlenstoffnanoröhren .

In der Wissenschaft ist viel über die Eigenschaften der Gasphase bekannt ; Über die kondensierten Phasen ( flüssige und feste Phase) ist jedoch vergleichsweise wenig bekannt . Die Untersuchung von Clustern versucht, diese Wissenslücke zu schließen, indem Atome zusammengeballt und ihre Eigenschaften untersucht werden. Wenn genügend Atome zusammengeballt wären, würde man schließlich eine Flüssigkeit oder einen Feststoff erhalten.

Die Untersuchung von Atom- und Molekülclustern kommt auch dem sich entwickelnden Gebiet der Nanotechnologie zugute . Wenn neue Materialien aus nanoskaligen Partikeln wie Nanokatalysatoren und Quantencomputern hergestellt werden sollen , müssen zunächst die Eigenschaften der nanoskaligen Partikel (der Cluster) verstanden werden.

Siehe auch

Verweise

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