Влияние структуры и симметрии на термодинамические свойства наночастиц с «магическим» числом атомов

doi:10.26456/pcascnn/2014.6.362

Влияние структуры и симметрии на термодинамические свойства наночастиц с «магическим» числом атомов

Н.Ю. Сдобняков¹, В.С. Мясниченко², А.П. Андрийчук¹, Д.Н. Соколов¹

¹ ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
² АО «Научно-производственная компания «Катрен»

DOI: 10.26456/pcascnn/2014.6.362

Оригинальная статья

Аннотация: Проведены исследования термодинамических характеристик нанокластеров золота с «магическим» числом атомов в процессе фазового перехода плавление/кристаллизация. Температура плавления нанокластеров определена по температурной зависимости удельной внутренней энергии нанокластеров.

Ключевые слова: нанокластеры, фазовый переход, температура плавления, «магические» числа

Сдобняков Николай Юрьевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры теоретической физики, заместитель главного редактора, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
Мясниченко Владимир Сергеевич – программист, АО «Научно-производственная компания «Катрен»
Андрийчук Анна Павловна – студентка специализации кафедры теоретической физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
Соколов Денис Николаевич – аспирант кафедры теоретической физики физико-технического факультета, технический редактор сборника, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Ссылка на статью:

Сдобняков, Н.Ю. Влияние структуры и симметрии на термодинамические свойства наночастиц с «магическим» числом атомов / Н.Ю. Сдобняков, В.С. Мясниченко, А.П. Андрийчук, Д.Н. Соколов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2014. - Вып. 6. - С. 362-369. DOI: 10.26456/pcascnn/2014.6.362. ⎘

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Metropolis, N. Equation of state calculations by fast computing machines / N. Metropolis, A.W. Rosenbluth, M.N. Rosenbluth, A.N. Teller, E. Teller // Journal of Chemical Physics. − 1953. − V. 21. − I. 16. − P. 1087-1092.
2. Allen, M.P. Computer simulation of liquids /M.P. Allen, D.J. Tildesley − Oxford: Clarendon Press, 1987. − 386 p.
3. Gupta, R.P. Lattice relaxation at a metal surface / R.P. Gupta // Physical Review B. − 1981. − V. 23. – I. 12. − P. 6265-6270.
4. Schmidt, M. Irregular variations in the melting point of size-selected atomic clusters / M. Schmidt, R. Kusche, B. von Issendorff, H. Haberland // Nature. − 1998. − V. 393. − P. 238-240.
5. Kusche, R. Melting of free sodium clusters / R. Kusche, Th. Hippler, M. Schmidt, B. von Issendorff, H. Haberland // European Physics Journal D. − 1999. − V. 9. − № 1-4. − P. 1-4.
6. Breaux, G.A. Melting, premelting, and structural transitions in size-selected sluminum clusters with around 55 Atoms / G.A. Breaux, C.M. Neal, B. Cao, M.F. Jarrold // Physical Review Letters. 2005. − V. 94. − I. 17. − P. 173401.
7. Самсонов, В.М. Гистерезис плавления и кристаллизации нанокластеров: термодинамика и компьютерный эксперимент / В.М. Самсонов, А.Г. Бембель // Ядерная физика и инжиниринг. − 2013. − Т. 4. − № 6. − С. 578-589.
8. Самсонов, В.М.Молекулярно-динамическое исследование плавления и кристаллизации наночастиц / В.М. Самсонов, С.С. Харечкин, С.Л. Гафнер, Л.В. Редель, Ю.Я. Гафнер // Кристаллография. − 2009. − Т. 54. − № 3. − С. 530-536.
9. Сдобняков, Н.Ю. Исследование гистерезиса плавления и кристаллизации нанокластеров золота с использованием многочастичного потенциала Гупта / Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов, В.М. Самсонов, П.В. Комаров // Металлы. − 2012. − № 2. − С. 48-54.
10. Сдобняков, Н.Ю. Исследование термодинамических характеристик нанокластеров золота с использованием многочастичного потенциала Гупта/ Н.Ю. Сдобняков, П.В. Комаров, Д.Н. Соколов, В.М. Самсонов // Физика металлов и металловедение. − 2011. − Т. 111. − № 1. − С. 15-22.
11. Noya, E.G. Geometric magic numbers of sodium clusters: Interpretation of the melting behaviour / E.G. Noya, J.P.K. Doye, D.J. Wales, A. Aguado // The European Physical Journal D. − 2007. − V. 43. − I. 1-3. − P. 57-60.
12. Aguado, A. Melting and freezing of metal clusters / A. Aguado, M.F. Jarrold // Annual Reviews of Physical Chemistry. − 2011. − V. 62. − P. 151-172.
13. Pellarin, M. Evidence for icosahedral atomic shell structure in nickel and cobalt clusters. Comparison with iron clusters / M. Pellarin, B. Baguenard, J.L. Vialle, J. Lerme et al. // Chemical Physic Letters. − 1994. − V. 2. – I. 4. − P. 349-356.
14. Duan, H. Size dependent melting mechanisms of iron nanoclusters / H. Duan, F. Ding, A. Rosen, A.R. Harutyunyan, S. Curtarolo, K. Bolton // Chemical Physics. − 2007. − V. 333. − I. 1.− P. 57-62.
15. Allen, G.L. Small particle melting of pure metals / G.L. Allen, R.A. Bayles, W.W. Gile, W.A. Jesser // Thin Solid Films. − 1986. − V. 106. − № 1-3. − P. 11-17.
16. Jiang, H. Size-dependent melting properties of tin nanoparticles / H. Jiang, K. Moon, H. Dong, F. Hua et al. // Chemical Physics Letters. − 2006.− V. 429. – I. 2-4. – P. 492-496.
17. Qi, W.H. Size and shape dependent melting temperature of metallic nanoparticles / W.H. Qi, M.P. Wang // Materials Chemistry and Physics. − 2004. − V. 88. – I. 2-3. − P. 280-284.
18. Olson, E.A. Size-dependent melting of Bi nanoparticles / E.A. Olson, M.Y. Efremov, M. Zhang, Z. Zhang et al. // Journal of Applied Physics. − 2005. − V. 97. − I. 3. − P. 034304-1-034304-9.
19. Zhang, W. Molecular dynamics study on the melting phase transition of aluminum clusters with around 55 atoms / W. Zhang, F. Zhang, Z. Zhu // Physical Review B. CondensedMatter. − 2006. − V. 74. − № 3. − P. 033412-1-033412-4.
20. Neyts, E.C. Numerical study of the size-dependent melting mechanisms of nickel nanoclusters / E.C. Neyts, A. Bogaerts // Journal of Physical Chemistry C. − 2009. − V. 113. − № 7. − P. 2771-2776.
21. Silly, F. Temperature-dependent stability of supported five-fold twinned copper nanocrystals/ F. Silly, M.R. Castell // ACS Nano. − 2009. − V. 3.− № 4. − P. 901-906.
22. Mottet, C. Modeling free and supported metallic nanoclusters: structure and dynamics / C. Mottet, J. Goniakowski, F. Baletto, R. Ferrando et al // Phase Transitions. − 2004. − V. 77. − I. 1-2. − P. 101-113.
23. Myasnichenko, V.S. Formation of fivefold axes in the FCC-metal nanoclusters / V.S. Myasnichenko, M.D. Starostenkov // Applied Surface Science. − 2012. − V. 260. − P. 51-53.
24. Castro, T. Size-dependent melting temperature of individual nanometer-sized metallic clusters / T. Castro, R. Reifenberger, E. Choi, R.P. Andres // Physical Review B. − 1990. – V. 42.– I. 13. − P. 8548-8556.
25. Mottet, C. New magic numbers in metallic clusters: an unexpected metal dependence / C. Mottet, G. Tréglia, B. Legrand // Surface Science.− 1997. − V. 383. – I. 1. − P. L719-L727.
26. Chushak, Y.G. Melting and freezing of gold nanoclusters / Y.G. Chushak, L.S. Bartell // The Journal of Physical Chemistry B. − 2001. − V. 105. − № 47. − P. 11605-11614.
27. Wang, Y. Melting and equilibrium shape of icosahedral gold nanoparticles / Y. Wang, S. Teitel, C. Dellago // Chemical Physics Letters− 2004. − V. 394. – I. 4-6. − P. 257-261.
28. Ahmed, E. Molecular dynamics study of thermal properties of noble metals / E. Ahmed, J.I. Akhter, M. Ahmad // Computational Materials Science. − 2004. − V. 31. – I. 3-4. − P. 309-316.
29. Wang, Y. Melting of icosahedral gold nanoclusters from molecular dynamics simulations / Y. Wang, S. Teitel, C. Dellago // The Journal of Chemical Physics. − 2005. −V. 122. –I. 21. − P. 214722-1-214722-16.
30. Barnard,A.S. Equilibrium morphology of face-centered cubic gold nanoparticles 3 > nm and the shape changes induced by temperature / A.S. Barnard, X.M. Lin, L.A. Curtiss // Journal of Physical Chemistry B. − 2005. − V. 109. −№ 51. −P. 24465-24472.
31. Kuo, C.-L. Melting and freezing characteristics and structural properties of supported and unsupported gold nanoclusters / C.-L. Kuo, P. Clancy // Journal of Physical Chemistry B. −2005. − V. 109. − № 28. − P. 13743-13754.
32. Yildirim, E.K. Differences in melting behaviours of disordered and symmetric clusters: / E.K. Yildirim, Z.B. Guvenç // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. −2006. − V. 14. − № 6. − P. 947-961.
33. de Bas, B.S. Melting in small gold clusters: a density functional molecular dynamics study / B.S. de Bas, M.J. Ford, M.B. Cortie // Journal of Physics: Condensed Matter. − 2006. − V. 18.− № 1. − P. 55-74.
34. Gómez, J. Melting of intermediate-sized gold nanoclusters / J. Gómez, L. Rincon // Revista Mexicana de Fisica S. − 2007. − V. 53. − № 7. − P. 208-211.
35. Chui, Y.H. Molecular dynamics study of structure and stability in Au nanoparticles / Y.H. Chui //A thesis submitted in fulfilment of requirements for admission to the Degree of Doctor of Philosophy.− Melbourne, Australia: Applied Physics School of Applied Sciences RMIT University, 2007.– 160 p.
36. Tsunoyama, H. Magic numbers of gold clusters stabilized by PVP / H. Tsunoyama, T. Tsukuda // Journal of the American Chemical Society. − 2009. − V. 131. − № 51. − P. 18216-18217.
37. Lee, J. In situ atomic-scale observation of melting point suppression in nanometer-sized gold particles / J. Lee, J. Lee, T. Tanaka, H. Mori // Nanotechnology. − 2009. − V. 20.− № 47. − P. 475706-1-475706-4.
38. Wu, Z.M. Melting and freezing of free silver nanoclusters / Z.M. Wu, C.Y. Kong, P. Yu // Advanced Materials Research. − 2011. − V. 268-270. − P. 184-189. ( 54 56) N Au N = −
39. De, H.S. A first principle investigation on the thermal stability of a golden fullerene: A case study of 32 Au / H.S. De, S. Krishnamurty, S. Pal // Catalysis Today. − 2012. − V. 198. – I. 1. − P. 106-109.
40. Qiao, Z. Molecular dynamics simulations on the melting of gold nanoparticles / Z. Qiao, H. Feng, J. Zhou // Phase Transitions. − 2014. − V. 87. – I. 1. − P. 59-70.
41. Moitra, A. Melting tungsten nanoparticles: a molecular dynamics study / A. Moitra, S. Kim, J. Houze, B. Jelinek et al // Journal of Physics D: Applied Physics. − 2008. − V. 41.− № 18. − P. 185406-1-185406-7.
42. Liu, C.-M. Size-dependent melting and coalescence of tungsten nanoclusters via molecular dynamics simulation / C.-M. Liu, C. Xu, Y. Cheng, X.-R. Chen, et al. // Physical Chemistry Chemical Physics. − 2013. − V. 15. – I. 33. − P. 14069-14079.
43. Hasse, R.W. Structure and magic numbers of large Lennard-Jones: quasicrystals and crystals / R.W. Hasse // Physical Letters A. − 1991. − V. 161. – I. 2. − P. 130-134.
44. Doye, J.P.K. Magic numbers and growth sequences of small face-centered-cubic and decahedral clusters /J.P.K. Doye, D.J. Wales // Chemical PhysicsLetters. − 1995. − V. 247. − I. 4-6. − P. 339-347.
45. Solov’yov, I. Cluster growing process and a sequence of magic numbers /I.Solov’yov, A. Solov’yov, W. Greiner, A. Koshelev. et al. // Physical Review Letters. − 2003. − V. 90. – I. 5. − P. 053401-1-053401-4.
46. Patala, S. Thermodynamic analysis of multiply twinned particles: Surface stress effects / S. Patala, L.D. Marks, de la Cruz M. Olvera // The Journal of Physical Chemistry Letters. − 2013. − V. 4. − № 18. − P. 3089-3094.
47. Harbola, M.K. Magic numbers for metallic clusters and the principle of maximum hardness / M.K. Harbola // Proceedings of the National Academy of Sciences. − 1992. − V. 89. − № 3. − P. 1036-1039.
48. Анищик, В.М. Наноматериалы и нанотехнологии / В.М. Анищик, В.Е. Борисенко, С.А. Жданок, Н.К. Толочко, В.М. Федосюк. –Минск: Издательский центр БГУ, 2008. – 375 с.
49. Самсонов, В.М. Об особенностях поведения размерной зависимости температуры плавления нанокластеров золота и меди: методы Монте-Карло и молекулярной динамики / В.М. Самсонов, Н.Ю. Сдобняков, П.В. Комаров, В.С. Мясниченко, С.А. Васильев, Д.Н. Соколов // Четвертый международный междисциплинарный симпозиум «Физика поверхностных явлений, межфазных границ и фазовые переходы»: труды симпозиума, Нальчик, Ростов н/Д, Грозный, пос. Южный (16-21 сентября 2014). – Нальчик – Ростов н/Д – Грозный – пос. Южный: Изд-во Фонд науки и образования, 2014. – С. 90-92.
50. Todorov, I.T. DL_POLY_3: the CCP5 national UK code for molecular-dynamics simulations / I.T. Todorov, W. Smith // Philosophical Transactions of the Royal Society A. – 2004. – V. 362. – P. 1835-1852.
51. Yu, X. Kinetics of nonequilibrium shape change in gold clusters / X. Yu, P.M. Duxbury // Physical Review B. − V. 52. − № 3. − P. 2102-2106.
52. Buffat, Ph. Size effect on the melting temperature of gold particles / Ph. Buffat, J-P. Borel // Physical Review A. – 1976. – V. 13. – I. 6. – P. 2287-2298.
53. Мясниченко, В.С. Применение представления о структурных многогранниках заполнения координационных сфер в объемных кристаллах к проблеме поиска устойчивых форм нанокластеров. II / В.С. Мясниченко, М.Д. Старостенков // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2012. – Т. 9. – № 3. – С. 284-288.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒