Новый подход к исследованию спектров люминесценции свободных икосаэдрических и кристаллических нанокластеров аргона

Abstract

Предложен новый подход к анализу спектров катодолюминесценции свободных нанокластеров аргона, которые формируются в сверхзвуковой струе, истекающей в вакуум. На его основе проведен анализ интенсивностей полос люминесценции нейтральных и заряженных эксимерных комплексов (Ar₂)* и (Ar₄⁺)* , измеренных для кластеров со средним размером от 500 до 8900 атомов на кластер и диаметром 32–87 Å. Показано, что концентрация сконденсированного в кластеры вещества, определяющая величину интегральной интенсивности полос, пропорциональна логарифму среднего размера кластеров в струе. Анализ нормированных интенсивностей полос (Ar₂)* и (Ar₄⁺)* для кристаллических кластеров с ГЦК структурой позволил установить, что свечение нейтральных молекул (Ar₂)* происходит из всего объема кластера, в то время как заряженные комплексы (Ar₄⁺)* излучают из приповерхностного слоя. Выделена область размеров, при которых в струе преобладают квазикристаллические кластеры с икосаэдрической структурой, и показано, что переход от икосаэдрических кластеров к кластерам с ГЦК структурой происходит при среднем размере кластеров в струе N = (1000–1800) атомов/кластер.

Запропоновано новий підхід до аналізу спектрів катодолюмінесценції вільних нанокластерів аргону, які формуються в надзвуковому струмені, що витікає у вакуум. На його основі проведено аналіз інтенсивностей смуг люмінесценції нейтральних та заряджених ексимерних комплексів (Ar₂)* і * (Ar₄⁺)*, виміряних для кластерів із середнім розміром від 500 до 8900 атомів на кластер і діаметром 32–87 Å. Показано, що концентрація сконденсованої в кластери речовини, яка визначає величину інтегральної інтенсивності смуг, пропорційна логарифму середнього розміру кластерів у струмені. Аналіз нормованих інтенсивностей смуг (Ar₂)* і (Ar₄⁺)* для кристалічних кластерів з ГЦК структурою дав змогу встановити, що світіння нейтральних молекул (Ar₂)* * відбувається зі всього об’єму кластера, у той час як заряджені комплекси (Ar₄⁺)* випромінюють з приповерхневого шару. Виділено область розмірів, при яких у струмені переважають квазiкристалічні кластери з ікосаедричною структурою, і показано, що перехід від ікосаедричних кластерів до кластерів з ГЦК структурою відбувається за середнього розміру кластерів у струмені N = (1000–1800) атомів/кластер.

We propose a new approach to analysis of cathodoluminescence spectra of substrate-free nanoclusters of argon produced in a supersonic jet exhausting into a vacuum. It is employed to analyze the intensities of luminescence bands of the neutral and charged excimer complexes (Ar₂)* and (Ar₄⁺)* measured for clusters with an average size of 500 to 8900 atoms per cluster and diameters between 32 and 87 Å. The concentration of the jet substance condensed into clusters, which determines the values of the integrated band intensities, is shown to be proportional to the logarithm of the average cluster size. Analysis of the reduced intensities of the (Ar₂)* and (Ar₄⁺)* bands observed from crystalline clusters with an fcc structure allowed us to conclude that the emission of the neutral molecules (Ar₂)* comes from within the whole volume of the cluster, while the charged complexes (Ar₄⁺)* radiate from its nearsurface layers. We found the cluster size range in which the jet is dominated by quasicrystalline clusters with an icosahedral structure and demonsrate that the transition from icosahedral to fcc clusters occurs when the average cluster size is N = (1000–1800) atoms per cluster.