Besseres Verständnis der Bindungen zwischen Kohlenstoffgruppenelementen

Die Bindungen zwischen Clustern von Elementen in der vierzehnten Gruppe des Periodensystems sind bekanntermaßen unbeständig. Vom nichtmetallischen Kohlenstoff über die Metalloide Silizium und Germanium bis hin zu den Metallen Zinn und Blei weisen alle diese Elemente die gleiche Konfiguration von Valenzelektronen auf – Elektronen im äußersten Energieniveau ihrer Atome.

Aus diesen Elementen gebildete Cluster reagieren jedoch unterschiedlich auf die Anregung mit Laserpulsen. Die Untersuchung der Reaktion von Atomclustern auf Photoanregung als Funktion des Elements, aus dem sie bestehen, und ihrer Anzahl an Atomen offenbart Muster, die genutzt werden können, um Einblicke in ihre Struktur und Bindungsmechanismen zu gewinnen.

In einem neuen Artikel in der European Physical Journal DPaul Fischer und Kollegen von der Universität Greifswald in Deutschland zeigen, dass sich die Atombindungen von Kohlenstoffgruppenclustern im Allgemeinen von kovalent zu metallisch ändern, wenn sie sich entlang der Gruppe bewegen.

Um dies festzustellen, bestrahlten die Forscher ein festes Ziel im Vakuum mit einem gepulsten Laser und erzeugten dabei neutrale und geladene Gasphasenatome und -cluster. Durch die Speicherung der geladenen Teilchen in einer elektrostatischen Ionenfalle bestehend aus zwei gegenüberliegenden ionenoptischen Spiegeln war es möglich, sie nach ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis mit hoher Auflösung zu trennen. Anschließend nutzten die Forscher einen zweiten gepulsten Laser, um ausgewählte chemische Spezies anzuregen und zeigten so, wie sich die Bindungen innerhalb der Gruppe unterscheiden.

Die Anwendung dieses Ansatzes auf komplexere chemische Spezies wie dotierte oder zusammengesetzte Cluster könnte zu weiteren Erkenntnissen über noch fortgeschrittenere Bindungsmechanismen führen.

Aufgrund ihres Erfolgs bei der Aufdeckung subtiler Eigenschaften von Clusterbindungen in der gut untersuchten Kohlenstoffgruppe kommen die Autoren zu dem Schluss, dass ihre Methode das Potenzial hat, verborgene Eigenschaften weniger untersuchter Cluster aufzudecken.