Влияние параметризации потенциала сильной связи на поведение структурных и термодинамических характеристик бинарных наночастиц Au-Ag
С.С. Богданов, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов, Н.И. Непша, К.Г. Савина, С.В. Серов, Н.Ю. Сдобняков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.362
Оригинальная статья
Аннотация: Результаты атомистического моделирования во многом определяются выбранной моделью компьютерного эксперимента, включая выбор параметризации потенциала межатомного взаимодействия. В данной работе были использованы две параметризации потенциала сильной связи, включая один с альтернативным набором параметров для монометаллической связи Au–Au при моделировании бинарного наносплава Au–Ag. Показано, что при использовании модифицированного набора температура плавления для наночастицы Au1500Ag1500 практически не меняется, в то время как температура кристаллизации несколько возрастает. Установлено, что доля локальной ГЦК фазы при использовании набора 1 параметров потенциала ниже, чем для набора 2, а присутствие локальной ОЦК фазы явно идентифицируется после кристаллизации при использовании набора 1, в то время как использование набора 2 прогнозирует идентификацию локальной ОЦК фазы лишь в узком температурном диапазоне после кристаллизации. Кроме того, анализ значений потенциальной части удельной внутренней энергии показывает, что бинарные наночастицы Au1500Ag1500 более стабильны как в начальной конфигурации, так и после цикла термоиндуцированного воздействия при использовании модифицированного набора параметров (набор 2).
Ключевые слова: метод молекулярной динамики, параметризации потенциала сильной связи, наночастицы Au-Ag, термоиндуцированное воздействие, термодинамические и структурные характеристики
- Богданов Сергей Сергеевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Колосов Андрей Юрьевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Соколов Денис Николаевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Непша Никита Игоревич – научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Савина Ксения Геннадьевна – аспирант 3 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Серов Сергей Викторович – аспирант 1 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Сдобняков Николай Юрьевич – д.ф.-м.н., доцент, профессор кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
Ссылка для цитирования:
Богданов, С.С. Влияние параметризации потенциала сильной связи на поведение структурных и термодинамических характеристик бинарных наночастиц Au-Ag / С.С. Богданов, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов, Н.И. Непша, К.Г. Савина, С.В. Серов, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 362-373. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.362. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Сергеев, Г.Б. Нанохимия металлов / Г.Б. Сергеев // Успехи химии. – 2001. – Т. 70. – Вып. 10. – С. 915-933.
2. Сдобняков, Н.Ю. Моделирование структурных превращений в однокомпонентных многокомпонентных металлических наносистемах: учебник / Н.Ю. Сдобняков. – Тверь: Тверской государственный университет, 2025. – 408 с. DOI:10.26456/sny.2025.408.
3. Самсонов, В.М. Нанотермодинамика на примере металлических наночастиц / В.М. Самсонов, С.А. Васильев, И.В. Талызин и др. // Журнал физической химии. – 2023. – T. 97. – № 8. – С. 1167-1177. DOI: 10.31857/S004445372308023X
4. Самсонов, В.М. Прогнозирование сегрегации в бинарных металлических наночастицах: термодинамическое и атомистическое моделирование / В.М. Самсонов, И.В. Талызин, А.Ю. Картошкин, М.В. Самсонов // Физика металлов и металловедение. – 2019. – Т. 120. – № 6. – С. 630-636. DOI: 10.1134/S0015323019060111.
5. Сдобняков, Н.Ю. Моделирование процессов коалесценции и спекания в моно- и биметаллических наносистемах. Монография / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, С.С. Богданов. – Тверь: Издательство Тверского государственного университета, 2021. – 168 с. DOI: 10.26456/skb.2021.168.
6. 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: Издательство Тверского государственного университета, 2018. – 176 с.
7. Рит, М. Наноконструирование в науке и технике. Введение в мир нанорасчета / М. Рит; пер. с англ. – Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2005. – 160 c.
8. Samsonov, V. Chemical and structural segregation in Pt-Pd-Ni ternary nanosystems: molecular dynamics simulation / V. Samsonov, N. Nepsha, N. Sdobnyakov et al. // Materials Chemistry and Physics. – 2025. – V. 340. – Art. № 130827. – 11 p. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2025.130827.
9. Nepsha, N.I. Atomistic simulation of segregation in ternary Pt–Pd–Ni nanoalloy / N.I. Nepsha, N.Yu. Sdobnyakov, V.M. Samsonov et al. // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2024. – V. 18. – I. 6. – P. 1388-1394. DOI: 10.1134/S1027451024701295.
10. 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.
11. Daw, M.S. Embedded-atom method: Derivation and application to impurities, surfaces, and other defects in metals / M.S. Daw, M.I. Baskes // Physical Review B. – 1984. – V. 29. – I. 12. – P. 6443-6453. DOI: 10.1103/PhysRevB.29.6443.
12. Балякин, И.А. Атомистический расчет температуры плавления высокоэнтропийного сплава Кантора CoCrFeMnNi / И.А. Балякин, А.А. Ремпель // Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах. – 2022. – Т. 502. – C. 71-78. DOI: 10.31857/S2686953522010046.
13. Paz Borbón, L.O. Computational studies of transition metal nanoalloys / L.O. Paz Borbón // Doctoral Thesis accepted by University of Birmingham, United Kingdom. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2011. – 155 p. DOI: 10.1007/978-3-642-18012-5.
14. Bogdanov, S. Molecular dynamics simulation of the formation of bimetallic core-shell nanostructures with binary Ni–Al nanoparticle quenching / S. Bogdanov, V. Samsonov, N. Sdobnyakov et al. // Journal of Materials Science. – 2022. – V. 57. – I. 28. – P. 13467-13480. DOI: 10.1007/s10853-022-07476-2.
15. Sdobnyakov, N.Yu. Simulation of phase transformations in titanium nanoalloy at different cooling rates / N.Yu. Sdobnyakov, V.S. Myasnichenko, C.-H. San et al. // Materials Chemistry and Physics. – 2019. – V. 238. – Art. № 121895. – 9 p. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2019.121895.
16. Вересов, С.А. К вопросу изучения процессов структурообразования в четырехкомпонентных наночастицах / С.А. Вересов, К.Г. Савина, А.Д. Веселов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 371-382. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.371.
17. Сдобняков, Н.Ю. Комплексный подход к моделированию плавления и кристаллизации в пятикомпонентных металлических наночастицах: молекулярная динамика и метод Монте-Карло / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2023. – Вып. 15. – С. 589-601. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.589.
18. Сдобняков, Н.Ю. К проблеме апробации параметров потенциала сильной связи: влияние соотношения между парным и многочастичным взаимодействиями на процесс структурообразования в бинарных наночастицах Pd-Pt / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2024. – Вып. 16. – С. 399- 408. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.399.
19. Massen, C. Geometries and segregation properties of platinum–palladium nanoalloy clusters / С. Massen, T.V. Mortimer-Jones, R.L. Johnston // Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions. – 2002. – I. 23. – P. 4375-4388. DOI: 10.1039/B207847C.
20. Nene, A. Au–Ag bimetallic nanoparticles: synthesis, structure, and application in sensing Author links open overlay panel / A. Nene, G. Antarnusa, K. Dulta et al. // ChemPhysMater. – 2025. – V. 4. – I. 4. – P. 331-343. DOI: 10.1016/j.chphma.2025.02.006.
21. AdibAmini, S. Optical properties of synthesized Au/Ag Nanoparticles using 532 nm and 1064 nm pulsed laser ablation: effect of solution concentration / AdibAmini S., Sari A.H., Dorranian D. // SN Applied Sciences. – 2023. – V. 5. – I. 4. – Art. no. 122. – 22 p. DOI: 10.1007/s42452-023-05310-1.
22. Kuzma, A. Plasmonic properties of Au-Ag nanoparticles: distinctiveness of metal arrangements by optical study / A. Kuzma, M. Weis, M. Daricek et al. // Journal of Applied Physics. – 2014. – V. 115. – I. 5. – Art. № 053517. – 5 p. DOI: 10.1063/1.4864428.
23. 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. – I. 1. – P. 015012-1-015012-7. DOI: 10.1088/0965-0393/18/1/015012.
24. Polak, W.Z. Efficiency in identification of internal structure in simulated monoatomic clusters: comparison between common neighbor analysis and coordination polyhedron method / W.Z. Polak // Computational Materials Science. – 2022. – V. 201. – Art. № 110882. – 8 p. DOI: 10.1016/j.commatsci.2021.110882.
25. Larsen, P.M. Robust structural identification via polyhedral template matching modelling / P.M. Larsen, S. Schmidt, J. Schiøtz // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. – 2016. – V. 24. – № 5. – Art. № 055007. – 18 p. DOI: 10.1088/0965-0393/24/5/055007.
26. Perevezentsev, V.N. The theory of evolution of the microstructure of superplastic alloys and ceramics / V.N. Perevezentsev // In: Superplasticity. 60 years after Pearson: proceedings of the conference organized on behalf of the Superplastic Forming Committee of the Manufacturing Division of the Institute of Materials and Held at the University of Manchester Institute of Science and Technology, 7-8 December 1994; ed. by N. Ridley. – London: CRC Press, 1995. – P. 51-59.
27. Eom, N. General trends in core-shell preferences for bimetallic nanoparticles / N. Eom, M.E. Messing, J. Johnson, K. Deppert // ACS Nano. – 2021. – V. 15. – I. 5. – P. 8883-8855. DOI: 10.1021/acsnano.1c01500.
28. Moreira, M. Ag surface segregation in sub-10-nm bimetallic AuAg nanoparticles quantified by STEM-EDS and machine learning: implications for fine-tuning physicochemical properties for plasmonics and catalysis applications / M. Moreira, M. Hillenkamp, V. Rodrigues, D. Ugarte // ACS Applied Nano Materials. – 2024. – V. 7. – I. 1. – P. 1369-1378 DOI: 10.1021/acsanm.3c05495.
29. Frenkel, A.I. Local structure of disordered Au-Cu and Au-Ag alloys / A.I. Frenkel, V.Sh. Machavariani, A. Rubshtein et al. // Physical Review B. – 2000. – V. 62. – I. 14. – P. 9364-9371. DOI: 10.1103/PhysRevB.62.9364.