Молекулярно-динамическое исследование размерной границы перехода нанокластеров серебра с начальной аморфной структутурой к ГЦК фазе
Д.А. Рыжкова, С.Л. Гафнер, Ю.Я. Гафнер, А.А. Череповская
ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.490
Оригинальная статья
Аннотация: Методом молекулярной динамики с использованием потенциала сильной связи (TB-SMA – second moment approximation of tight-binding potential) производился поиск границ устойчивости структурных модификаций нанокластеров серебра диаметром 3,0–7,0 нм с целью определения размерной границы возможного термически индуцированного структурного перехода от исходной аморфной морфологии к ГЦК фазе. Полученные данные сравнивались с результатами предыдущих исследований для наночастиц Ag размерами до 2,0 нм с начальным ГЦК и аморфным строением.
Показано, что моделируемые Ag нанокластеры можно условно разделить на три категории. Для первой (N < 100 атомов) – характерно частичное сохранение исходной морфологии. Для второй (d < 4,0 нм) – наблюдается конкуренция между икосаэдрической и декаэдрической структурами. И для третей (d > 4,0 нм) – фиксировалось преобладание смешенной ГЦК/ГПУ фазы. При этом размерной
границей перехода от начальной аморфной морфологии к ГЦК строению, свойственному объёмному веществу, является диаметр около 7,0 нм.
Ключевые слова: нанокластеры, серебро, компьютерное моделирование, структура, сильная связь, фазовые переходы, структурная стабильность
- Рыжкова Дарья Антоновна – аспирант, aссистент кафедры математики, физики и информационных технологий, ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
- Гафнер Светлана Леонидовна – д.ф.-м.н., доцент, профессор кафедры математики, физики и информационных технологий, ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
- Гафнер Юрий Яковлевич – д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой математики, физики и информационных технологий, ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
- Череповская Арина Александровна – студентка 5 курса направления подготовки «Математика-Физика», ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
Ссылка на статью:
Рыжкова, Д.А. Молекулярно-динамическое исследование размерной границы перехода нанокластеров серебра с начальной аморфной структутурой к ГЦК фазе / Д.А. Рыжкова, С.Л. Гафнер, Ю.Я. Гафнер, А.А. Череповская // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 490-498. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.490.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Baletto, F. Structural properties of nanoclusters: energetic, thermodynamic, and kinetic effects / F. Baletto, R. Ferrando // Reviews of Modern Physics. – 2005. – V. 77. – I. 1. – P. 371-423. DOI: 10.1103/RevModPhys.77.371.
2. Settem, M. On the effect of relative stabilities of FCC-like and HCP-like atoms on structure of FCC silver nanoclusters / M. Settem, M. Islam, A.K. Kanjarla // Computational Materials Science. – 2018. – V. 148. – P. 266-271. DOI: 10.1016/j.commatsci.2018.02.051.
3. Ino, S. Stability of multiply-twinned particles / S. Ino // Journal of the Physical Society of Japan. – 1969. – V. 27. – I. 4. – P. 941-953. DOI: 10.1143/JPSJ.27.941.
4. Marks, L.D. Surface structure and energetics of multiply twinned particles / L.D. Marks // Philosophical Magazine A. – 1984. – V. 49. – I. 1. – P. 81-93. DOI: 10.1080/01418618408233431.
5. Baletto, F. Structural properties of sub-nanometer metallic clusters / Journal of Physics: Condensed Matter // F. Baletto. – 2019. – V. 31. – I. 11. – Art. №113001. – 42 p. DOI: 10.1088/1361-648X/aaf989.
6. Pavan, L. Metallic nanoparticles meet metadynamics / L. Pavan, K. Rossi, F. Baletto // The Journal of Chemical Physics. – 2015. – V. 143. – Art. № 184304. – 4 p. DOI: 10.1063/1.4935272.
7. Gould, A. Influence of composition and chemical arrangement on the kinetic stability of 147-atom Au–Ag bimetallic nanoclusters / A. Gould, A.J. Logsdail, C.R.A. Catlow // The Journal of Physical Chemistry C. – 2015. – V. 119. – I. 41. – P. 23685-23697. DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b03577.
8. Gould, A.L. Controlling structural transitions in AuAg nanoparticles through precise compositional design / A.L. Gould, K. Rossi, C.R.A. Catlow, F. Baletto, A.J. Logsdail // The Journal of Physical Chemistry Letters. – 2016. – V. 7. – I. 21. – P. 4414-4419. DOI: 10.1021/acs.jpclett.6b02181.
9. Rossi, K. The effect of size and composition on structural transitions in monometallic nanoparticles / K. Rossi, L. Pavan, YY. Soon, F. Baletto // The European Physical Journal B. – 2018. – V. 91. – I. 2. – Art. № 33. – 8 p. DOI: 10.1140/epjb/e2017-80281-6.
10. Gafner, Y. On measuring the structure stability for small silver clusters to use them in plasmonics / Y. Gafner, S. Gafner, D. Bashkova // Journal of Nanoparticle Research. – 2019. – V. 21. – Art. № 243. – 15 p. DOI: 10.1007/s11051-019-4691-2.
11. Рыжкова, Д.А. Исследование термической стабильности малых нанокластеров серебра с начальной аморфной субструктурой / Д. А. Рыжкова, С. Л. Гафнер, Ю. Я. Гафнер // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2021. – Т. 18. – № 1. – С. 17-23. DOI: 10.25712/ASTU.1811- 1416.2021.01.002.
12. Рыжкова, Д.А. Термическая стабильность строения малых ГЦК-магических размеров кластеров серебра с начальной аморфной конфигурацией / Д. А. Рыжкова, Ю. Я. Гафнер // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 486-492. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.486.
13. Рыжкова, Д.А. Устойчивость внутреннего строения нанокластеров Ag55 и Ag147 при вариации начальной морфологии / Д. А. Рыжкова, С. Л. Гафнер, Ю. Я. Гафнер // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 604-611. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.604.
14. Рыжкова, Д.А. Роль «магических» ГПУ чисел в устойчивости внутреннего строения нанокластеров Ag89 и Ag153 / Д. А. Рыжкова, С. Л. Гафнер, Ю. Я. Гафнер // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 593-603. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.593.
15. 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.
16. Verlet, L. Computer «experiments» on classical fluids. I. Thermodynamical properties of Lennard-Jonesmolecules / L. Verlet // Physical Review. – 1967. – V. 159. – I. 1. – P. 98-103. DOI: 10.1103/PhysRev.159.98.
17. Stukowski, A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO – the open visualization tool / A. Stukowski // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. – 2010. – V. 18. – № 1. – Art. № 015012. – 7 p. DOI: 10.1088/0965-0393/18/1/015012.
18. Kuzmin, V.I. Structure of silver clusters with magic numbers of atoms by data of molecular dynamics / V.I. Kuzmin, D.L. Tytik, D.K. Belashchenko, A.N. Sirenko // Colloid Journal. – 2008. – V. 70. – I. 3. – P. 284-296. DOI: 10.1134/S1061933X08030058.