Skip to main content
SpringerLink
Log in

Magnetism in Simple Metal and 4d Transition Metal Clusters

  • Review Paper
  • Published:
Journal of Cluster Science Aims and scope Submit manuscript

Abstract

In this review article I discuss two aspects of magnetism in small metal clusters. The first question discussed is whether simple metal clusters, that obey electronic shell models and mimic properties of elemental atoms, also obey Hund’s rule of maximum spin multiplicity. The second question is whether small clusters of 4d transition metal atoms, that are non-magnetic in the bulk, have magnetic ground states. The question arises because calculations showed that small V clusters are magnetic although the bulk metal is not. We discuss known results on Rh clusters in detail to show that small clusters are generally magnetic, but it is difficult to unequivocally identify the ground state due to the presence of many isomers and spin states that are very close in energy.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3

Similar content being viewed by others

References

  1. W. A. de Heer, Rev. Mod. Phys. 65, 611 (1993).

    Article  Google Scholar 

  2. P. Sen, in Aromaticity and Metal Clusters, edited by P. K. Chattaraj (CRC Press, Taylor & Francis Group, 2010).

  3. W. D. Knight, K.  Clemenger, W. A. de Heer, W. A. Saunders, M. Y. Chou, and M. L. Cohen, Rev. Mod. Phys. 65, 611 (1993).

    Article  Google Scholar 

  4. C. L. Pettiette, S. H. Yang, M. J. Craycraft, J.  Conceiaco, R. T. Laaksonen, O.  Cheshnovsky, and R. E. Smalley, J Chem. Phys. 88, 5377 (1988).

    CAS  Google Scholar 

  5. G.  Ganteför, M.  Gaussa, K. H. Meiwes-Broer, and H. O. Lutz, Faraday Diss. Chem. Soc. 86, 197 (1988).

    Article  Google Scholar 

  6. G.  Ganteför, M.  Gaussa, K. H. Meiwes-Broer, and H. O. Lutz, Z. Phys. D 9, 253 (1988).

    Article  Google Scholar 

  7. K. J. Taylor, C. L. Pettiette-Hall, O.  Cheshnovsky, and R. E. Smalley, J. Chem. Phys. 96, 3319 (1992).

    Article  CAS  Google Scholar 

  8. E.  Benichou, A. R. Allouche, M.  Aubert-Frecon, R.  Antonie, M.  Broyer, P.  Dugourd, and D.  Rayane, Chem. Phys. Lett. 290, 171 (1998).

    Article  CAS  Google Scholar 

  9. P.  Dugourd, D.  Rayane, P.  Labastie, B.  Vezin, J.  Chevaleyre, and M.  Broyer, Chem. Phys. Lett. 197, 433 (1992).

    Article  CAS  Google Scholar 

  10. M. M. Kappes, M.  Schär, U.  Röthlisberger, C.  Yeretzian, and E.  Schumacher, Chem. Phys. Lett. 143, 251 (1988).

    Article  CAS  Google Scholar 

  11. W. A. Saunders, K.  Clemenger, W. A. de Heer, and W. D. Knight, Phys. Rev. B 32, 1366 (1985).

    Article  CAS  Google Scholar 

  12. K. E. Schriver, J. L. Persson, E. C. Honea, and R. L. Whetten, Phys. Rev. Lett. 64, 2539 (1990).

    Article  CAS  Google Scholar 

  13. P.  Jena, S. N. Khanna, and B. K. Rao, Mat. Sc. For. 232, 1 (1996).

    CAS  Google Scholar 

  14. D. E. Bergeron, A. W. C. Jr, T.  Morisato, and S. N. Khanna, Science 304, 84 (2004).

    Article  CAS  Google Scholar 

  15. D. E. Bergeron, P. J. Roach, A. W. C. Jr, N. O. Jones, and S. N. Khanna, Science 307, 231 (2005).

    Article  CAS  Google Scholar 

  16. J. U. Reveles, S. N. Khanna, P. J. Roach, and A. W. C. Jr, PNAS, USA 103, 18405 (2006).

  17. A. W. C. Jr and S. N. Khanna, J. Phys. Chem. C 113, 2664 (2009).

    Google Scholar 

  18. V. M. Medel, J. U. Reveles, S. N. Khanna, V.  Chauhan, P.  Sen, and A. W. C. Jr, PNAS, USA 108, 10062 (2011).

  19. V.  Chauhan, V. M. Medel, J. U. Reveles, S. N. Khanna, and P.  Sen, Chem. Phys. Lett. 528, 39 (2012).

    Article  CAS  Google Scholar 

  20. V.  Chauhan and P.  Sen, Chem. Phys. 417, 37 (2013).

    Article  CAS  Google Scholar 

  21. D. L. Hill and J. A. Wheeler, Phys. Rev. 89, 1102 ( 1953).

    Article  CAS  Google Scholar 

  22. A.  Aguado, Comp. Theor. Chem. 1021, 135 (2013).

    Article  CAS  Google Scholar 

  23. K.  Clemenger, Phys. Rev. B 32, 1359 (1985).

    Article  CAS  Google Scholar 

  24. C.  Bartels, C.  Hock, J.  Huwer, R.  Kuhnen, J.  Schwöbel, and B. V. Issendorff, Science 323, 1323 (2009).

  25. C.  Bartels, C.  Hock, R.  Kuhnen, and B. V. Issendorf, J. Phys. Chem. A 118, 8270 (2014).

  26. M.  Cyrot, in Magnetism: Fundamentals, edited by E.  Lacheisserie, D.  Gignoux, and M.  Schlenker (Springer, New York, 2003).

  27. F.  Liu, S. N. Khanna, and P.  Jena, Phys. Rev. B 43, 8179 (1991).

    Article  CAS  Google Scholar 

  28. I. M. L. Billas, A.  Chatelain, and W. A. de Heer, Science 265, 1682 (1994).

    Article  CAS  Google Scholar 

  29. J. P. Bucher, , D. C. Douglass, and L. A. Bloomfiled, Phys. Rev. Lett. 66, 3052 (1991).

    Article  CAS  Google Scholar 

  30. S. E. Apsel, J. W. Emmert, J.  Deng, and L. A. Bloomfield, Phys. Rev. Lett. 76, 1441 (1994).

    Article  Google Scholar 

  31. M. L. Tiago, Y.  Zhou, M. M. G. Alemany, Y.  Saad, and J. R. Chelikowsky, Phys. Rev. Lett. 97, 147201 (2006).

    Article  Google Scholar 

  32. B. V. Reddy, S. N. Khanna, and B. I. Dunlap, Phys. Rev. Lett. 70, 3323 (1993).

    Article  CAS  Google Scholar 

  33. J. C. Slater, Phys. Rev. 34, 1293 (1929).

    Article  CAS  Google Scholar 

  34. K.  Hongo, R.  Maezono, Y.  Kawazoe, H.  Yasuhara, M. D. Towler, and R. J. Needs, J. Chem. Phys. 121, 7144 (2004).

    Article  CAS  Google Scholar 

  35. A.  Szabo and N. S. Ostlund, Title Modern Quantum Chemistry (Dover Publications, Inc., Mineola, NY 11501, 1996).

  36. D. M. Cox, D. J. Trevor, R. L. Whetten, E. A. Rohlfing, and A.  Kaldor, J. Chem. Phys. 84, 4651 (1986).

    Article  CAS  Google Scholar 

  37. D. C. Douglass, J. P. Bucher, and L. A. Bloomfield, Phys. Rev. B 45, 6341 (1992).

    Article  Google Scholar 

  38. S. H. Lamson and R. P. Messmer, Chem. Phys. Lett. 98, 72 (1983).

    Article  CAS  Google Scholar 

  39. H.  Basch, W. J. Stevens, and M.  Krauss, Chem. Phys. Lett. 109, 212 (1984).

    Article  CAS  Google Scholar 

  40. B. K. Rao and P. Jena, J. Chem. Phys. 111, 1890 (1999).

    Article  CAS  Google Scholar 

  41. M.  Leleyter and P.  Joyes, J. Phys. B: Atom. Mol. Phys. 13, 2165 (1980).

    Article  CAS  Google Scholar 

  42. G.  Pacchioni, J.  Koutecky, and B.  Bunsenges, Phys. Chem. 88, 242 (1984).

    CAS  Google Scholar 

  43. G.  Pacchioni, D.  Plavic, and J.  Koutecky, Phys. Chem. 87, 503 (1983).

    CAS  Google Scholar 

  44. J.  Akola, H.  Häkkinen, and M.  Manninen, Phys. Rev. B 58, 3601 (1998).

    Article  CAS  Google Scholar 

  45. T. H. Upton, Phys. Rev. Lett. 56, 2168 (1986).

    Article  CAS  Google Scholar 

  46. T. V. B. Phung, T.  Hashimoto, K.  Nishikawa, and H.  Nagao, Intl. J Quant. Chem. 109, 3457 (2009).

    Article  CAS  Google Scholar 

  47. V. O. Kiohara, E. F. V. Carvalho, C. W. A. Paschoal, and F. B. C. Machado, Chem. Phys. Lett. 566−569, 42 (2013).

    Article  Google Scholar 

  48. J. J. Melko and A. W. C. Jr, Phys. Chem. Chem. Phys. 15, 3173 (2013).

    Article  CAS  Google Scholar 

  49. V.  Chauhan, A.  Singh, C.  Majumder, and P.  Sen, J Phys.: Cond. Mat. 26, 015006 (2014).

  50. L.  Ma, B. V. Issendorff, and A.  Aguado, J. Chem. Phys. 132, 104303 (2010).

    Article  Google Scholar 

  51. S. N. Khanna, B. K. Rao, P.  Jena, and J. L. Martins, in Physics and Chemistry of Small Clusters, edited by P. Jena, B. K. Rao, and S. N. Khanna (Springer, Berlin, 1987).

  52. I. A. Solov’yov, A. V. Solov’yov, and W.  Greiner, Phys. Rev. A 65, 053203 (2002).

    Article  Google Scholar 

  53. A.  Aguado and O.  Kostko, J Chem. Phys. 134, 164304 (2011).

    Article  Google Scholar 

  54. M.  Ross and A. K. McMahan, Phys. Rev. B 26, 4088 (1982).

    Article  CAS  Google Scholar 

  55. S. G. Louie and M. L. Cohen, Phys. Rev. B 10, 3237 (1974).

    Article  CAS  Google Scholar 

  56. S.  Falconi, L. F. Lundegaard, C.  Hejny, and M. I. McMahon, hys. Rev. Lett. 94, 125507 (2005).

    Article  CAS  Google Scholar 

  57. T.  Bergmann and T. P. Martin, J. Chem. Phys. 90, 2848 (1989).

    Article  CAS  Google Scholar 

  58. A. Aguado, J. Phys. Chem. C 116, 6841 (2012).

    Article  CAS  Google Scholar 

  59. A. J. Cox, J. G. Louderback, and L. A. Bloomfield, Phys. Rev. Lett. 71, 923 (1993).

    Article  CAS  Google Scholar 

  60. A. J. Cox, J. G. Louderback, S. E. Apsel, and L. A. Bloomfield, Phys. Rev. B 49, 12295 (1994).

    Article  CAS  Google Scholar 

  61. B. V. Reddy, S. K. Nayak, S. N. Khanna, B. K. Rao, and P.  Jena, Phys. Rev. B 59, 5214 (1999).

    Article  CAS  Google Scholar 

  62. Y.  Jinlong, F.  Toigo, W.  Kelin, and Z.  Manhong, Phys. Rev. B 50, 7173 (1994).

    Article  CAS  Google Scholar 

  63. Y.-C. Bae, H.  Osanai, V.  Kumar, and Y.  Kawazoe, Phys. Rev. B 70, 195413 (2004).

    Article  Google Scholar 

  64. C.-H. Chien, E.  Blaisten-Barojas, and M. R. Pederson, Phys. Rev. A 58, 2196 (1998).

    Article  CAS  Google Scholar 

  65. S. K. Nayak, S. E. Weber, P.  Jena, K.  Wildberger, R.  Zeller, P. H. Dederichs, V. S. Stepanyuk, and W.  Hergert, Phys. Rev. B 56, 8849 (1997).

    Article  CAS  Google Scholar 

  66. I.  Shim, Mat. Fys. Medd. K. Dan. Vidensk. Selsk. 1, 147 (1985).

    Google Scholar 

  67. K.  Balasubramanian and D. W. Liao, J. Phys. Chem. 93, 3989 (1989).

    Article  CAS  Google Scholar 

  68. F.  Illas, J.  Rubio, J.  Canellas, and J. M. Ricart, J. Chem. Phys. 93, 2603 (1990).

    Article  CAS  Google Scholar 

  69. M. R. Beltran, F. B. Zamudio, V.  Chauhan, P.  Sen, H.  Wang, Y. J. Ko, and K.  Bowen, Eur. Phys. J. D 67, 63 (2013).

    Article  Google Scholar 

  70. K. A. Gingerich and D. L. Cocke, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1, 536 (1972).

    Article  Google Scholar 

  71. H.  Wang, H.  Haouari, R.  Craig, Y.  Liu, J. R. Lombardi, and D. M. Lindsay, J. Chem. Phys. 106, 2101 (1997) NoStop

  72. Y.  Jinlong, F.  Toigo, and W.  Kelin, Phys. Rev. B 50, 7915 (1994).

    Article  CAS  Google Scholar 

  73. K. K. Das and K.  Balasubramanian, J. Chem. Phys. 93, 625 (1990).

    Article  CAS  Google Scholar 

  74. D.  Dai and K.  Balasubramanian, Chem. Phys. Lett. 195, 207 (1992).

    Article  CAS  Google Scholar 

  75. D. J. Harding, P.  Gruene, M. H. G. Meijer, A.  Fielicke, S. M. Hamilton, W. S. Hopkins, S. R. Mackenzie, S. P. Neville, and T. R. Walsh, J Chem. Phys. 133, 214304 (2010).

    Article  CAS  Google Scholar 

  76. P.  Ghosh, R.  Pushpa, S.  de Gironcoli, and S. Narasimhan, J. Chem. Phys. 128, 194708 (2008).

    Article  Google Scholar 

  77. Private communication with E. Janssens, KLU, Belgium.

  78. A.  Aguado, A.  Vega, and L. C. Balbás, Phys. Rev. B 84, 165450 (2011).

    Article  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. Harish-Chandra Research Institute, Chhatnag Road, Jhunsi, Allahabad, 211019, India

    Prasenjit Sen

Authors
  1. Prasenjit Sen
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Prasenjit Sen.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Sen, P. Magnetism in Simple Metal and 4d Transition Metal Clusters. J Clust Sci 27, 795–815 (2016). https://doi.org/10.1007/s10876-016-0986-y

Download citation

  • Received:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s10876-016-0986-y

Keywords

Search

Navigation