比较与其他形式的物质

与批量问题

几个特征区分集群从分子和大量物质。他们不同于批量问题,首先,在大小;是否三个粒子束缚在一起构成集群是一个选择的问题和公约,但一个总四个或更多的原子或分子包括一个集群。这么小的集群将明显区别大部分物质在几乎所有它的属性。第二个区别集群和大部分物质的属性的可变性集群的数量组成粒子。一块体积物质的性质保持不变的加法或减法几个原子或分子,而小型集群的性能发生显著的变化,一般来说,既不一致甚至在同一个方向变化的数量组成粒子。中型集群属性不同顺利组成粒子的数量(表示N),但是它们的属性,如熔点与相应的体积有很大的区别。大集群属性改变顺利N显然并入大部分同行。这种区别,虽然不是非常精确的,是很有用的。例如,平均水平结合能每个组成部分,也就是平均能量原子或分子需要单独的粒子从每个other-vary广泛N对于小型集群。这种广泛的原因是集群的某些值N,被称为神奇的数字,可以采取不同寻常的稳定几何结构产生大的结合能,而另一些人则有不同的小的值N没有特别稳定的形式,因此只有相对较低的结合能。中型集群的结合能不同而顺利N,但它们通常远远低于大部分的结合能。最重要的原因趋势身体的大部分物质几乎所有的粒子内部,而在一个集群大多数粒子表面。在一群13铜或氩原子,例如,12原子在表面上的。在集群55氩原子,42个原子从表面上看,,137氩原子在一个集群中,82人在表面上。表面原子键只有自己原子层和直接下他们,所以他们有更少的原子持有的主体,是否集群或散装,比原子内部。因此,原子的平均结合能集群通常比大部分物质大大减少。

集群的一个重要区别,特别是中小集群,和散装固体是他们所认为的最稳定结构形式。大多数散装固体水晶。这意味着它们的原子结构由周期性晶格-也就是说,结构,一遍又一遍地重复这几个邻近的原子组成的每单位区别于其他组织的原子完全相同的安排。在简单立方晶体,例如,所有的原子位于方块的角落(事实上点常见八等效立方体),和所有这些格点都是相同的。这种结构被称为周期。相比之下,大多数集群结构,不定期;许多人二十面体的形式,不完整的二十面体或其他多面结构不能成长为周期性晶格。的具有挑战性的难题之一集群科学是解释如何,作为一个总体的增长,它将从多面成水晶受到结构簇状结构。

此外,集群的一些性质反映其小尺寸依赖的更微妙的方式量子机械现象。这些通常是在非常小的系统更明显比散装或宏观样本。一个这样的财产的性质能量水平被占领的电子。在一个宏观的样品可用的能量状态电子原则上,离散,但合并成许多能级组成的乐队。在每个频带能量的间隔之间的离散程度太小,无法分辨;只足够大乐队之间的差距很重要因为它们对应的能量范围禁止电子。事实上,它是电子的流动的对比区别绝缘体从电导体。甚至在一个非常寒冷的金属,只需要一个无限小的过剩的能量促进几电子到前面空能量水平,他们在整个材料可以自由移动。如果一个电场应用于金属,带负电荷的电子向阳极移动的吗场这金属净电流。这是运动这些电子,由一个应用领域,使金属导体电。在绝缘体的电子填充所有的能级的高能占领的乐队。这意味着至少禁止间隔的全部能量,称为带隙必须的任何电子促进它允许状态,也许旅行容易通过材料。在绝缘体,这远比通常更多的能量,所以没有电子状态,允许他们自由行动;这种材料不能进行电流。

集群只包含少量的金属原子有这么几个量子状态的电子,这些必须被认为是离散的,而不是组件的密集带可用的状态。在这个意义上,小的金属原子就像传统分子而不是像大部分金属。中型集群金属原子的电子能态距离足够近,被当作大部分金属的乐队,但这些集群的导电性质不同于批量。电子由一个恒定电场中大部分金属可以旅行距离非常长而原子维之前他们遇到任何边界的边缘的金属。电子在金属集群遇到集群的边界在更短的距离。因此,金属集群不导电像大部分金属;如果他们受到快速振荡电场,如可见,红外,或微波辐射,他们的“自由”电子驱动的第一个方法,然后再在相反的方向距离小于集群的尺寸(见下文物理性质)。如果他们受到常数或低频电场,如常见的60赫兹领域驱动普通家用电流、电子达到他们的集群的边界,可以不再往前走了。因此,相当于传导是未见在低频率。