Übergangsmetall-Nanocluster

Während der vergangenen zehn Jahre hat sich ein neues Forschungsgebiet etabliert - Nanowissenschaften. Unter den nanostrukturierten Materialien spielen Nanocluster eine besonders wichtige Rolle. Nanocluster sind Aggregate aus Atomen und Molekülen, die zwischen weniger als zehn und 106 Bausteine enthalten. Mögliche Anwendungen von Nanoclustern reichen von der Katalyse bis zu Spintronics, wobei Cluster aus Übergangsmetall-Atomen eine besonders wichtige Rolle spielen. Gegenstand des hier vorgelegten Projekts ist die Untersuchung der strukturellen, physikalischen und chemischen Eigenschaften von Nanoclustern aus Übergangsmetallen, als freie Cluster und auf metallischen oder isolierenden Substraten, mittels ab-initio Dichte-Funktional Methoden. Neue Studien kleiner Cluster aus "späten" Übergangsmetallen haben gezeigt, dass die meisten bisher vorliegenden Untersuchungen zwei wesentlichen Einschränkungen unterliegen: (i) Wegen der Komplexität der metallo-kovalenten Bindungseigenschaften erlauben nur dynamische Simulationen, die oft sehr überraschenden Gleichgewichts-Strukturen der Cluster aufzufinden. (ii) Es existiert, selbst für die besten ab-initio Rechnungen, immer noch eine beträchtliche Differenz zwischen den experimentell bestimmten und den berechneten magnetischen Momenten. Es ist vorgeschlagen worden, dass eine verbesserte Berechnung der magnetischen Momente die Berücksichtigung des Beitrags des Bahndreh-Moments - und damit eine vollrelativistische Berechnung (einschl. Spin-Bahn Kopplung) erfordert. Eines der ersten Ziele dieses Projekts ist die Berechnung des Beitrags des Bahndrehmoments zum Magnetismus freier Fe, Co, Ni, Pd, und Pt Cluster, basierend auf einer simultanen Optimierung aller geometrischen und magnetischen Freiheitsgrade. Die technologische Anwendung kleiner magnetischer Cluster hängt von der Existenz eines starken magnetischen Moments, sowie von einer magnetischen Anisotropie-Energie ab, die groß genug ist, um superparamagnetische Fluktuationen zu unterdrücken. Ein möglicher Weg, beide Anforderungen zu erfüllen sind Legierungs-Cluster aus magnetischen 3d und nichtmagnetischen 4d (oder 5d) Metallen. Das 3d-Metall liefert das hohe magnetische Moment, das schwere Element verursacht eine starke Spin-Bahn Kopplung. Die Eigenschaften von Nanoclustern, die auf metallischen oder oxidischen Substraten abgeschieden werden, sind stark durch Cluster/Substrat Wechselwirkungen beeinflusst. Wir planen vergleichende Studien der Strukturen und der physiko-chemischen Eigenschaften von Clustern, die durch Cluster Deposition und sequentiellen Aufbau aus Atomen erzeugt werden. Die Untersuchungen werden sich auf die magnetischen Eigenschaften von Clustern auf nicht-magnetischen metallischen Substraten, und auf die chemische Reaktivität metallischer Cluster auf oxidischen Substraten konzentrieren.

Während der vergangenen zehn Jahre hat sich ein neues Forschungsgebiet etabliert - Nanowissenschaften. Unter den nanostrukturierten Materialien spielen Nanocluster eine besonders wichtige Rolle. Nanocluster sind Aggregate aus Atomen und Molekülen, die zwischen weniger als zehn und 106 Bausteine enthalten. Mögliche Anwendungen von Nanoclustern reichen von der Katalyse bis zu Spintronics, wobei Cluster aus Übergangsmetall-Atomen eine besonders wichtige Rolle spielen. Gegenstand des hier vorgelegten Projekts ist die Untersuchung der strukturellen, physikalischen und chemischen Eigenschaften von Nanoclustern aus Übergangsmetallen, als freie Cluster und auf metallischen oder isolierenden Substraten, mittels ab-initio Dichte-Funktional Methoden. Neue Studien kleiner Cluster aus "späten" Übergangsmetallen haben gezeigt, dass die meisten bisher vorliegenden Untersuchungen zwei wesentlichen Einschränkungen unterliegen: (i) Wegen der Komplexität der metallo-kovalenten Bindungseigenschaften erlauben nur dynamische Simulationen, die oft sehr überraschenden Gleichgewichts-Strukturen der Cluster aufzufinden. (ii) Es existiert, selbst für die besten ab-initio Rechnungen, immer noch eine beträchtliche Differenz zwischen den experimentell bestimmten und den berechneten magnetischen Momenten. Es ist vorgeschlagen worden, dass eine verbesserte Berechnung der magnetischen Momente die Berücksichtigung des Beitrags des Bahndreh-Moments - und damit eine vollrelativistische Berechnung (einschl. Spin-Bahn Kopplung) erfordert. Eines der ersten Ziele dieses Projekts ist die Berechnung des Beitrags des Bahndrehmoments zum Magnetismus freier Fe, Co, Ni, Pd, und Pt Cluster, basierend auf einer simultanen Optimierung aller geometrischen und magnetischen Freiheitsgrade. Die technologische Anwendung kleiner magnetischer Cluster hängt von der Existenz eines starken magnetischen Moments, sowie von einer magnetischen Anisotropie-Energie ab, die groß genug ist, um superparamagnetische Fluktuationen zu unterdrücken. Ein möglicher Weg, beide Anforderungen zu erfüllen sind Legierungs-Cluster aus magnetischen 3d und nichtmagnetischen 4d (oder 5d) Metallen. Das 3d-Metall liefert das hohe magnetische Moment, das schwere Element verursacht eine starke Spin-Bahn Kopplung. Die Eigenschaften von Nanoclustern, die auf metallischen oder oxidischen Substraten abgeschieden werden, sind stark durch Cluster/Substrat Wechselwirkungen beeinflusst. Wir planen vergleichende Studien der Strukturen und der physiko-chemischen Eigenschaften von Clustern, die durch Cluster Deposition und sequentiellen Aufbau aus Atomen erzeugt werden. Die Untersuchungen werden sich auf die magnetischen Eigenschaften von Clustern auf nicht-magnetischen metallischen Substraten, und auf die chemische Reaktivität metallischer Cluster auf oxidischen Substraten konzentrieren.