图片来源：Martin Jarrold/西北大学 |
在熔化方面，金属的表现一直像巧克力：块越小，所需热量越少。原因是较小的团簇表面暴露的原子更多，因此与原子嵌入晶体中相比，破坏这些键所需的熱量更少。但物理化学家现在发现了一个例外。在纳米级锡团簇（原子数在 15 到 30 之间）中，熔点实际上至少比块状锡高出 50 开尔文。他们的研究结果发表在本周的《物理评论快报》上。
西北大学的 Martin Jarrold 和研究生 Alexandre Shvartsburg 需要开发一种特殊技术来测量这些熔点。“你不能把温度计插进这些东西里，”Jarrold 解释说。他们首先用激光脉冲轰击锡棒，蒸发掉电离原子，这些原子冷却后形成纳米级团簇；质谱仪计算了每个团簇中的原子数。接下来是离子迁移率测量，通过定时测量团簇在充满氦气的温控漂移室中的电场中行进的时间来进行。这项测试表明了团簇的形状：雪茄形的团簇比相同质量的球形团簇撞击更多的氦原子，并且通过腔室需要更长的时间。
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在熔点时，研究人员预计通常呈雪茄形的团簇会变成球形——但他们从未达到那个状态。Jarrold 和 Shvartsburg 将温度升高到加热器的最大值 550 K，但没有效果。目前，他们无法解释这种行为，但认为这与锡、硅和锗的小团簇所采用的不寻常的细长形状有关。（上图）