Электронографическое исследование структурных превращений в свободных кластерах аргона

Abstract

С помощью электронографической методики исследована структура кластеров, сформировавшихся в изоэнтропийно расширяющейся сверхзвуковой струе аргона. Впервые надежно зафиксировано образование ГПУ фазы при увеличении размера кластеров. Наблюдения осуществляли в диапазоне средних размеров кластеров N от 1·10³ до 8·10⁴ атомов/кластер. Проведен анализ формы дифракционных максимумов. Установлено, что в случае N ≤ 2·10³ атомов/кластер, когда кластеры являются икосаэдрическими, профили дифракционных пиков хорошо аппроксимируются функцией Лоренца. Для ГЦК кластеров с N ≥ 3·10³ атомов/кластер лучшей аппроксимацией является стандартная функция Гаусса. В случае N ≥ 1·10⁴ атомов/кластер наряду с ГЦК пиками обнаружены максимумы ГПУ фазы. При увеличении размера кластеров интенсивность ГПУ пиков растет и для N ≈ 8·10⁴ атомов/кластер, кроме ГЦК пиков, отчетливо регистрируются максимумы (100), (101), (103), (202), характерные только для ГПУ фазы. Предложен возможный механизм формирования ГПУ структуры в кластерах Ar.

За допомогою електронографічної методики досліджено структуру кластерів, сформованих в надзвуковому струмені аргону, який ізоентропійно розширюється. Вперше надійно зафіксовано утворення ГЩП фази при збільшенні розміру кластерів. Спостереження здійснювали у діапазоні середніх розмірів кластерів N від 1·10³ до 8·10⁴ атомів/кластер. Проведено анал із форми дифракційних максимумів. Встановлено, що у випадкуN ≤ 2·10³ атомів/кластер, коли кластери є ікосаедричними, профілі дифракційних піків добре апроксимуються функцією Лоренца. Для ГЦК кластерів зN ≥ 3·10³ атомів/кластер кращою апроксимацією є стандартна функція Гаусса. У випадку N ≥ 1·10⁴ атомів/кластер поряд з ГЦК піками виявлено максимуми ГЩП фази. При збільшенні розміру кластерів інтенсивність ГЩП піків зростає і для N ≈ 8·10⁴ атомів/кластер, окрім ГЦК піків, чітко реєструються максимуми (100), (101), (103), (202), характерні тільки для ГЩП фази. Запропоновано можливий механізм формування ГЩП структури в кластерах Ar.

The structure of clusters formed in an isentropically expanding supersonic jet of argon is studied by the electron diffraction technique. The formation of a hcp phase with increasing cluster size was detected for the first time on clusters with average dimensions N ranging from 1·10³ to 8·10⁴ atoms per cluster. The profile of the diffraction peaks is analysed. It is found that for N ≤ 2·10³ atoms per cluster when clusters are icosahedral, the diffraction peak profiles are well fitted by a Lorentzian. For fcc clusters with N ≥ 3·10³ atoms per cluster, a better approximation is achieved by using a Gaussian. For N ≥ 1·10⁴ atoms per cluster, an hcp structure is observed along with the fcc structure. As the cluster size increases, the hcp peaks grow in intensity, and for N ≈ 8·10⁴ atoms per cluster in parallel with the fcc peaks, one can observe distinct peaks (100), (101), (103), (202) which are typical of only the hcp phase. A plausible mechanism of the formation of the hcp structure in Ar clusters is proposed.