金纳米结构中配位不足的原子之间短而强的键引起的局部结构弛豫，量子阱陷落和化合价极化

金纳米结构中由于配位不足的原子形成的短而强的键会导致一系列特殊的物理现象，包括局部结构弛豫、量子阱陷落以及化合价极化。金纳米颗粒的研究近年来受到广泛关注，这是因为与块体材料相比，它们展现出一些独特的物理化学性质。 我们探讨“局部结构弛豫”这一现象。当材料尺寸缩减到纳米尺度时，其表层原子与内部原子的比例显著增加，导致表面能显著影响材料的总体特性。在金纳米结构中，由于表面原子或次表面原子的配位不足，即周围没有足够的相邻原子来形成完整的化学键，这些原子之间的键会变得短而强，从而引起局部原子排布的重组，这一现象称之为局部结构弛豫。这种结构重组会降低系统的能量，从而使得材料在能量上更为稳定。 “量子阱陷落”是指电子在纳米尺度的势阱中被局限的状态。在金纳米颗粒中，由于表面效应和量子尺寸效应，电子的运动受到限制，形成了所谓的量子阱。当原子配位不足时，形成的短而强的键会导致势阱的形状和深度发生变化，进而影响电子的能级分布和输运特性。这种变化可能进一步影响材料的光学和电学性质。 再次，“化合价极化”是指在纳米尺度金属团簇中，由于配位不足导致的电子排布改变，使得某些原子上的电子密度增加，而其他原子上的电子密度减少，从而形成一种极化状态。这种极化状态会影响材料的催化性能、电子结构和化学反应性。在金纳米结构中，这种现象尤其显著，因为金原子在表面可能会表现出不同于块体材料的化合价态。 文章中提到了相对论密度泛函理论计算，这是一种量子力学方法，它考虑了电子之间的相对论效应，包括重电子效应和自旋-轨道耦合等，这使得理论计算能够更精确地预测纳米金团簇的晶体结构、结合能和电子结构等性质。这类计算有助于深入理解金纳米结构中的局部结构弛豫、量子阱陷落和化合价极化的物理机制。 金纳米结构中的原子配位不足，会通过短而强的键引起一系列的物理现象，从而在纳米材料的结构稳定性、光学特性、电子输运性质以及催化性能上展现出与块体材料截然不同的特性。这些特性为纳米科技提供了新的研究方向和应用潜能，比如在量子点激光器、纳米传感器和高效催化剂等前沿科技领域。 文章提到金纳米颗粒的这些性质已在实验中得到了验证，其中包括扫描隧道显微镜和光谱学的观测结果，这些实验结果与相对论密度泛函理论的计算结果吻合得很好。随着研究的深入和技术的进步，未来有望将这些纳米颗粒的独特性质应用到更为广泛的科学技术领域中去。