Построение решеточной Монте-Карло модели послойного роста биметаллических наночастиц
В.С. Мясниченко, Д.Н. Соколов, А.Н. Базулев, Н.И. Непша, П.М. Ершов, Н.Ю. Сдобняков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.468
Оригинальная статья
Аннотация: На базе программного обеспечения Metropolis реализована решеточная статистическая модель послойного роста биметаллических наночастиц. В качестве примера в данной работе анализируется два типа решеток: ГЦК и декаэдрическая. На их основе моделируется рост свободных наночастиц Au-Ag в трёх режимах, различающихся этапами роста: добавляется 3, 4 либо 7 биметаллических слоев.
Межатомное взаимодействие задаётся потенциалом сильной связи, однако построенная модель не
исключает возможности использования других модификаций апробированных многочастичных потенциалов. Анализируется изменение в процессе послойного роста удельной потенциальной энергии наночастиц целиком и атомов золота. Исследуется зависимость числа смешанных связей от номера слоя для всей наночастицы и для подсистемы золота.
Ключевые слова: компьютерный эксперимент, метод Монте-Карло, схема Метрополиса, послойный рост, биметаллические наночастицы, смешанные связи
- Мясниченко Владимир Сергеевич – научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Соколов Денис Николаевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Базулев Анатолий Николаевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Непша Никита Игоревич – аспирант 2 курса обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Ершов Павел Михайлович – научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Сдобняков Николай Юрьевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики , ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
Ссылка на статью:
Мясниченко, В.С. Построение решеточной Монте-Карло модели послойного роста биметаллических наночастиц / В.С. Мясниченко, Д.Н. Соколов, А.Н. Базулев, Н.И. Непша, П.М. Ершов, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 468-478. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.468.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Myasnichenko, V. Monte Carlo approach for modeling and optimization of one-dimensional bimetallic nanostructures / V. Myasnichenko, N. Sdobnyakov, L. Kirilov, R. Mikhov, S. Fidanova // Lecture Notes in Computer Science. Conference paper: International Conference on Numerical Methods and Applications, 20-24 August 2018. Borovets, Bulgaria. – 2019. – V. 11189. – P. 133-141. DOI: 10.1007/978-3-030-10692-8_15.
2. Myasnichenko, V. Structural instability of gold and bimetallic nanowires using Monte Carlo simulation / V. Myasnichenko, N. Sdobnyakov, L. Kirilov, R. Mikhov, S. Fidanova // In: Recent Advances in Computational Optimization. Studies in Computational Intelligence; ed. by S. Fidanova. – Cham: Springer, 2020. – V. 838. – P. 133-145. DOI: 10.1007/978-3-030-22723-4_9.
3. Сдобняков, Н.Ю. Изучение термодинамических и структурных характеристик наночастиц металлов в процессах плавления и кристаллизации: теория и компьютерное моделирование: монография / Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов. – Тверь: Тверcкой государственный университет, 2018. – 176 с.
4. Мышлявцев, А.В. Модификация алгоритма Метрополиса для моделирования металлических наночастиц / А.В. Мышлявцев, П.В. Стишенко // Омский научный вестник. – 2012. – № 1 (107). С. 21-25.
5. Zhu, R. Atomistic simulation of nanostructured materials / R. Zhu. Doctoral dissertation. – Akron: University of Akron, 2006. – 130 p.
6. White, R. Kinetic Monte Carlo simulation of vapor-liquid-solid nanostructure growth // R. White, M.E. Welland // Journal of Applied Physics. – 2007. – V. 102. – I. 10. – P. 104301-1-104301-7. DOI: 10.1063/1.2805641.
7. Hadjisavvas, G.C. Advances in Monte Carlo simulations of nanostructured materials / G.C. Hadjisavvas, P.C. Kelires // In: Computer Simulation Studies in Condensed-Matter Physics XVIII: proceedings of the Eighteenth Workshop, Athens, GA, USA, March 7-11, 2005; ed. by D.P. Landau, S.P. Lewis, H.-B. Schüttler. – Berlin, Heidelberg: Springer, 2007. – V. 105. – P. 58-70. DOI: 10.1007/978-3-540-32640-3_8.
8. Viswanathan, V. Monte Carlo-based approach for simulating nanostructured catalytic and electrocatalytic systems / V. Viswanathan, F. Wang, H. Pitsch // Computing in Science & Engineering. – 2012. – V. 14. – I. 2. – P. 60-69. DOI: 10.1109/MCSE.2011.40.
9. Metropolis, N. The Monte Carlo method / N. Metropolis, S. Ulam // Journal of the American Statistical Association. – 1949. – V. 44. – I. 247. – P. 335-341. DOI: 10.1080/01621459.1949.10483310.
10. Красильников, М.П. Образование вторичной структуры наночастицы в решёточной имитационной модели / М.П. Красильников // Вестник Тувинского государственного университета. №3 Технические и физико-математические науки. – 2014. – № 3 (22). – С. 149-154.
11. Красильников, М.П. Потенциал Морзе в имитационной решеточной модели релаксации металлической наночастицы / М.П. Красильников // Вестник Томского государственного педагогического университета. – 2013. – № 8 (136). – С. 170-174.
12. Gupta, R.P. Lattice relaxation at a metal surface / R.P. Gupta // Physical Review B. – 1981. – V. 23. – I. 12. – P. 6265-6270. DOI: 10.1103/PhysRevB.23.6265.
13. Cleri, F. Tight-binding potentials for transition metals and alloys / F. Cleri, V. Rosato // Physical Review B. – 1993. – V. 48. – I. 1. – Р. 22-33. DOI: 10.1103/PhysRevB.48.22.
14. Urzúa, E. Ag@Au bimetallic nanoparticles: an easy and highly reproducible synthetic approach for photocatalysis / E. Urzúa, F. Gonzalez-Torres, V. Beltrán et al. // Nanoscale Advances. – 2022. – V. 4. – I. 22. – P. 4789-4797. DOI: 10.1039/d2na00539e.
15. Arif, I. Inferring layer-by-layer composition in Au-Ag nanoparticles using a combination of X-ray photoelectron spectroscopy and Monte Carlo simulations / I. Arif, G. Agrahari, A.K. Gautam, A. Chatterjee // Surface Science. – 2019. – V. 691. – I. 18. – Art. № 121503. – 10 p. DOI: 10.1016/j.susc.2019.121503.
16. Соколов, Д.Н. Новые возможности высокопроизводительных расчетов наносистем с использованием программного обеспечения Metropolis / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, К.Г. Савина, А.Ю. Колосов, В.С. Мясниченко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 624-638. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.624.
17. Свидетельство № 2019661915 Российская Федерация. Metropolis / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, П.М. Ершов, С.С. Богданов; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тверской государственный университет». – № 2019660847; заявл. 30.08.2019; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 11.09.2019. – 1 с.
18. Мясниченко, В.С. Моделирование послойного роста кластеров и наносплавов методом Монте-Карло / В.С. Мясниченко, Н.Ю. Сдобняков, П.М. Ершов и др. // ФизикА.СПб: 17-21 октября 2022, Санкт- Петербург: тезисы докладов международной конференции. – СПб.: ПОЛИТЕХ_ПРЕСС, 2022. – С. 88-90.
19. Безродный, Д.А. Компьютерное моделирование послойного роста грани 3D-островка / Д.А. Безродный, С.Н. Филимонов // Известия вузов. Физика. – 2013. – Т. 56. – № 8-3. – С. 156-158.
20. Сдобняков, Н.Ю. К проблеме стабильности/нестабильности биметаллических структур Co (ядро)/ Au (оболочка) и Au (ядро)/ Co (оболочка): атомистическое моделирование / Н.Ю. Сдобняков, В.М. Самсонов, А.Ю. Колосов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 520-534. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.520.
21. Самсонов, В.М. О факторах стабильности/нестабильности биметаллических наноструктур ядро–оболочка / В.М. Самсонов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов и др. // Известия РАН. Ceрия физическая. – 2021. – Т. 85. – № 9. – C. 1239-1244. DOI: 10.31857/S0367676521090246.