Doping effect of rare-earth elements to metal clusters: s-f electron interactions in ultrafine metals

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05185
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28010:Nanometer-scale chemistry-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Arakawa Masashi 九州大学, 理学研究院, 助教 (10610264)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 金属クラスター / s-f電子相互作用 / s-d電子相互作用 / 電子局在/非局在 / ランタノイド / 超原子 / 反応経路 / 反応カイネティクス

Outline of Final Research Achievements

This study aimed at investigation of interaction between itinerant s electrons and localized d and f electrons with quantized density of states in the finite regime. We measured reaction kinetics of size-selected gas-phase lanthanide-doped silver clusters toward oxygen to probe their electronic structures. Our results revealed that d electrons of the dopant delocalize to contribute to electronic shell closure with s electrons, whereas f electrons remain localized not to contribute to the shell closure.

Free Research Field

物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

非磁性金属に微量の磁性金属を含む希薄合金において、磁性不純物に局在したd, f電子と非磁性金属のs電子との相互作用によるスピン消失に起因した近藤効果が知られ、特に磁性金属として希土類元素を含む場合には、3d遷移金属の化合物にはない特異な性質を示す物質が数多く見出されてきた。ところが、極微小金属中で量子化された状態密度を持つ有限個の伝導s電子と局在f電子との相互作用は未解明であった。金属クラスター中の有限個の伝導電子と局在f電子との相互作用を探究した本成果は、サブナノスケールの極微小物質を扱う次世代のナノ物質科学にとって非常に有意義である。