צבר אטומים
ויקיפדיה האנציקלופדיה encyclopedia
בפיזיקה, צבר (באנגלית: Cluster) הוא קבוצה קטנה של אטומים, המכילה בין שלושה למאות מיליוני אטומים של אותו יסוד.
הצברים מהווים תחום ביניים בין אטומים ומולקולות מחד לבין ננו חלקיקים, ומצב מוצק (גופים שמספר האטומים בהם הוא מסדר גודל של מספר אבוגדרו) מאידך. צברים מאפשרים לחקור בצורה שיטתית את הקשר בין תכונות פיזיקליות וכימיות של חומרים לבין גודל המערכת הנידונה, וכיצד הן מתכנסות לערכים הידועים במצב מוצק, כשמספר האטומים גדול מספיק. לצברים יש מגוון רחב של תכונות שאינן קיימות בשני הגבולות - לא באטומים ולא במצב מוצק. כך לדוגמה, האור המפוזר מצברים על פי תורת מי (Mie) תלוי בגודל הצבר. הרומאים הקדומים השתמשו בעובדה זאת על מנת לצבוע זכוכיות: הם ערבבו בזכוכית צברים של אטומי זהב, ועל ידי שליטה בגודל הצברים הם יכלו לייצר מגוון רחב של צבעים.
חקר הצברים המודרני החל בשנת 1961, עם פיתוחם של מקורות יונים המסוגלים ליצור צברים, ושילובם עם ספקטרומטרי מסות. בעבודה פורצת דרך של נייט (Knight) מ-1984[1], הוא יצר צברים של נתרן, וגילה שגדלים מסוימים של צברים הם יציבים הרבה יותר מאחרים, תופעה שזכתה לכינוי "מספרי קסם". נייט הצליח להסביר את מספרי הקסם, על ידי מודל פשוט לאלקטרונים בצבר, מודל שזכה לכינוי "מודל הג'ליום", ומצליח לתאר תכונות של צברים רבים למרות פשטותו. סיבה נוספת למספרי קסם נעוצה בסידור הגאומטרי של האטומים בצבר. כאשר מספר האטומים בצבר מאפשר ליצור צורות גאומטריות מושלמות, כגון פאונים משוכללים, הצברים המתקבלים הם יציבים במיוחד. ב-1985 יצר סמולי (Smalley) צברים של פחמן[2], וגילה שצבר המכיל 60 אטומי פחמן יציב הרבה יותר מכל גודל אחר. סמולי ניחש כי המקור ליציבות הצבר הוא בכך שהאטומים בונים צורה הנראית ככדור, הבנויה מחומשים ומשושים, הקרויה פולרן. תגלית זו גרמה למחקר מאומץ על תכונותיה של מולקולה זו, ועל ננו-חלקיקים המבוססים על פחמן. על תגלית זו זכה סמולי בפרס נובל בכימיה בשנת 1996.
חקר הצברים הוא מגוון ועוסק בתכונותיהם השונות: המבנה הגאומטרי, פליטת האור (ספקטרוסקופיה), תכונות מגנטיות, יציבות הצברים, האופן שבו צברים מתפרקים לאחר עירור, תכונות תרמודינמיות שלהם כגון טמפרטורת ההתכה, וכדומה. צברים הם כר נרחב לבדיקת מודלים תאורטיים שונים כגון מודל הג'ליום, חישובים קוונטים כגון DFT, ועוד. צברים משמשים כ-Quantum Dots, כמקורות קרני רנטגן, ובחקר פלזמה.