Особенности электронного обмена ионов с металлическими нанокластерами

В статье представлены результаты теоретическо-расчетного исследования электронного обмена ионов с металлическими нанокластерами. Для экспериментального исследования электронной структуры и поверхностной реактивной способности металлических нанокластеров активно используются сканирующая туннельная микроскопия и электронный обмен при рассеянии медленных ионов. Из-за сложности постановки прямых экспериментов, компьютерное моделирование является важным инструментом для изучения наноструктур. Результаты расчета собственных значений волновой функции электрона хорошо описывают пространственное распределение электронной плотности на поверхности нанокластера, полученное с помощью сканирующей туннельной микроскопии. В силу малых размеров нанокластера, энергия электронов внутри него квантуется, а пространственное распределение электронной плотности имеет дискретный характер. Квантование энергии электрона (дискретная электронная структура) существенным образом влияет на резонансные электронные процессы, включая электронный обмен ионов с нанокластерами и туннелирование электронов в сканирующей туннельной микроскопии. На примере модельной задачи туннелирования электрона с отрицательного иона на нанокластер, было показано, что дискретная электронная структура проявляется в виде квантово-размерного эффекта электронного обмена и немонотонной зависимости дифференциальной проводимости от напряжения смещения. Также дано количественное объяснение экспериментально-зарегистрированного эффекта сильного (на порядок) увеличения вероятности нейтрализации ионов щелочных металлов на металлических нанокластерах, по сравнению со случаем массивных образцов.