Bimetallische Cluster als Modellsysteme für die Legierungsbildung

• Antragsteller: Professor Dr. Rolf Schäfer
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 167644670

• Erstellungsjahr: 2018

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Durch die Variation der chemischen Zusammensetzung ergeben sich neue Möglichkeiten, das physikalisch-chemische Verhalten von kleinen Clustern zu kontrollieren. Im Förderzeitraum wurden die geometrischen, energetischen, dielektrischen, magnetischen und optischen Eigenschaften von legierten Clustern systematisch untersucht. Dazu war es einerseits notwendig entsprechende Molekularstrahlexperimente zu erweitern. Anderseits mussten auch von theoretischer Seite neue Methodiken entwickelt und angewandt werden, insbesondere bezüglich der quantenchemischen Deutung des optischen Verhaltens aber auch bezüglich des Herausfindens welche geometrischen Strukturen ausgebildet werden. Nur das enge Wechselspiel zwischen Experiment und Theorie machte das detaillierte Studium der bimetallischen Cluster möglich. Hierzu fand eine intensive Zusammenarbeit mit Herrn Prof. R. Johnston (University Birmingham) und Herrn Prof. P. Schwerdtfeger (Massey University) statt. Besonders hervorzuheben ist die Entdeckung einer bisher nicht bekannten Form von super-atomaren Magnetismus, d.h. manche bimetallische Cluster verhalten sich im Stern-Gerlach-Experiment wie ein einzelnes Atom. Das hat auch in Publikumsmedien für Interesse gesorgt (siehe z.B. Chemie Extra, Ausgabe 11/2013, Seite 30). Die Studien haben aber auch gezeigt, wie herausfordernd es sein kann, ein detailliertes Verständnis für beispielsweise das optische Verhalten kleinster Legierungsbausteine zu erhalten. Dabei sind relativistische Effekte neben Ladungstransfereinflüssen wichtig, deren quantitative Vorhersage alles andere als einfach ist. Somit zeigen die durchgeführten Arbeiten auch, dass für ein grundlegendes Verständnis, wie sich das physikalisch-chemische Verhalten von molekularen Legierungsbausteinen hin zu mesoskopischen Längenskalen verändert, noch ein langer Weg zurückzulegen ist.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Atomic Domain Magnetic Nanoalloys: Interplay between Molecular Structure and Temperature Dependent Magnetic and Dielectric Properties in Manganese Doped Tin Clusters, Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 23952-23966 (2014)
  U. Rohrmann, P. Schwerdtfeger, R. Schäfer
  
• Pool-BCGA: A Parallelised Generation-Free Genetic Algorithm for the ab-initio Global Optimisation of Nanoalloy Clusters, Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 2104 (2015)
  A. Shayeghi, D. Götz, J.B.A. Davis, R. Schäfer, R.L. Johnston
  
• Stern-Gerlach Experiments on Fe@Sn12: Magnetic Response of a Jahn–Teller Distorted Endohedrally Doped Molecular Cage Cluster, J. Phys. Chem. C 119, 10958 (2015)
  U. Rohrmann, R. Schäfer
  
• The Nature of Bonding between Argon and Mixed Gold–Silver Trimers, Angew. Chem. Int. Ed. 54, 10675 (2015); Angew. Chem. 127, 10822 (2015)
  A. Shayeghi, R. L. Johnston, D. M. Rayner, R. Schäfer, A. Fielicke
  
• Charge and Compositional Effects on the 2D–3D Transition in Octameric AgAu Clusters, Z. Phys. Chem. 230, 955 (2016)
  C.J. Heard, A. Shayeghi, R. Schäfer, R. Johnston
  
• Spin-Orbit Effects in Optical Spectra of Gold-Silver Trimers , Phys. Chem. Chem. Phys. 20, 9108 (2018)
  A Shayeghi, L. F. Pašteka, D. A. Götz, P. Schwerdtfeger, R. Schäfer