原子團簇

通常把僅含有幾個到幾百個原子或尺寸小於1nm的粒子稱作”簇”,它是介於單個原子與固態之間的原子集合體。原子或分子團簇（簡稱團簇或微團簇）是由幾個乃至上千個原子、分子或離子通過物理或化學結合力組成的相對穩定的微觀或亞微觀聚集體，其物理和化學性質隨所含的原子數目而變化。團簇的空間尺度是幾埃至幾百埃的範圍，用無機分子來描述顯得太大，用小塊固體描述又顯得太小，許多性質既不同於單個原子分子，又不同於固體和液體，也不能用兩者性質的簡單線性外延或內插得到。因此，人們把團簇看成是介於原子、分子與宏觀固體物質之間的物質結構的新層次，是各種物質由原子分子向大塊物質轉變的過渡狀態，或者說，代表了凝聚態物質的初始狀態。

原子團簇獨特的性質源於其結構上的特點，因其尺寸小，處於表面的原子比例極高，而表面原子的幾何構型、自旋狀態以及原子間作用力都完全不同於體相內的原子。材料的性質與內部單元的表面性質息息相關。例如僅僅通過調節團簇的大小，物質特性就有極大的不同，10 個鐵原子的團簇在催化氨合成時要比17個鐵原子的團簇效能高出1000倍。

伴隨著尺寸而來的另一效應是量子效應，原子團簇的研究即證明了許多量子力學的假設和預言，提出了無數更有趣的新問題。例如在由純金屬原子組成的多面體團簇中，只有當原子數是“幻數系列”，即為2、8、20、28、50、82、126……時，結構才是穩定的，甚至在加熱到液態時也不會被破壞。同樣的“幻數系列”在元素周期律中早已為人所知，但其理論解釋至今仍無定論。

團簇廣泛存在於自然界和人類實踐活動中，涉及到許多許多物質運動過程和現象，如催化、燃燒、晶體生長、成核和凝固、相變、溶膠、薄膜形成和濺射等，構成物理學和化學兩大學科的一個交叉點，成為材料科學新的生長點，目前，納米球作為一種新型的原子團簇，已經廣泛應用於機械潤滑領域，技術相對成熟。團簇科學屬於多學科交叉的範疇。從原子分子物理、凝聚態物理、量子化學、表面科學、材料科學等學科的概念及方法交織在一起，形成了當前團簇研究的中心議題，並正在發展成為一門介於原子分子物理和固體物理之間的新型學科。