Металлические нанозвёзды как новый объект для атомистического моделирования
Д.Н. Соколов, В.С. Мясниченко, О.В. Полев, К.Г. Савина, М.Г. Гостинцев, Н.Ю. Сдобняков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.485
Оригинальная статья
Аннотация: Исследована термическая стабильность золотых нанозвёзд, которые имели два типа начальной морфологии: большой додецикосакрон, большой вывернутый плосконосый икосододекаэдр. Начальные конфигурации нанозвёзд были получены с помощью программы Atomsk с последующей релаксацией структуры. Моделирование термоиндуцированного воздействия проводилось методом
Монте-Карло (схема Метрополиса). Межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи. Определены критические температуры дестабилизации, которые увеличиваются с увеличением размера для обоих типов начальной морфологии, а также установлены закономерности структурной сегрегации в процессе термоиндуцированного воздействия вплоть до температуры плавления. Несмотря на доминирование локальной ГЦК структуры в центральной части нанозвёзд, характер распределения локального ГПУ структуры различается для рассмотренных типов начальной морфологии вплоть до температуры плавления. Показано, что термическое разрушение начинается с «множественных лучей» нанозвёзд, где локальная плотность атомов ниже, чем в среднем по поверхности. Результаты позволяют прогнозировать стабильность анизотропных наночастиц для фототермальных приложений.
Ключевые слова: метод Монте-Карло, потенциал сильной связи, золотые нанозвезлы, термическая стабильность, локальная плотность, кристаллические фазы, плазмонные наноструктуры
- Соколов Денис Николаевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Мясниченко Владимир Сергеевич – научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Полев Олег Валерьевич – студент 2 курса магистратуры кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Савина Ксения Геннадьевна – аспирант 3 года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Гостинцев Михаил Григорьевич – студент 4 курса 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:
Соколов, Д.Н. Металлические нанозвёзды как новый объект для атомистического моделирования / Д.Н. Соколов, В.С. Мясниченко, О.В. Полев, К.Г. Савина, М.Г. Гостинцев, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 485-496. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.485. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Ngo, N.M. Plasmonic nanostars: systematic review of their synthesis and applications / N.M. Ngo, H.-V. Tran, T.R. Lee // ACS Applied Nano Materials. – 2022. – V. 5. – I. 10. – P. 14051-14091. DOI: 10.1021/acsanm.2c02533.
2. Skrabalak, S.E. Gold nanocages: synthesis, properties, and applications / S.E. Skrabalak, J. Chen, Y. Sun et al. // Accounts of Chemical Research. – 2008. – V. 41. – I. 12. – P. 1587-1595. DOI: 10.1021/ar800018v.
3. Lu, X. Fabrication of cubic nanocages and nanoframes by dealloying Au/Ag alloy nanoboxes with an aqueous etchant based on Fe(NO3)3 or NH4OH / X. Lu, L. Au, J. McLellan et al. // Nano Letters. – 2007. – V. 7. – I. 6. – P. 1764-1769. DOI: 10.1021/nl070838l.
4. Becerril-Castro, I.B. Gold nanostars: synthesis, optical and SERS analytical properties / I.B. Becerril-Castro, E. Camacho-Leon, J.L. Torres-Castro et al. // Analysis & Sensing. – 2022. – V. 2. – I. 3. – Art. № e202200005. – 16 p. DOI: 10.1002/anse.202200005.
5. Lan, T. Gold nanostars: synthesis, modification and application / T. Lan, D. Cui, T. Liu et al. // Nano Biomedicine & Engineering. – 2023. – V. 15. – I. 3. – P. 330-341. DOI: 10.26599/NBE.2023.9290025.
6. Хлебцов, Н.Г. Синтез и плазмонная настройка золотых и золотосеребряных наночастиц / Н.Г. Хлебцов, Л.А. Дыкман, Б.Н. Хлебцов // Успехи химии. – 2022. – Т. 91. – № 10. – Ст. № RCR5058. – 30 c. DOI: 10.57634/RCR5058.
7. Huang, Y.-F Near infrared-activatable platinum-decorated gold nanostars for synergistic photothermal/ferroptotic therapy in combating cancer drug resistance / Y.-F. Huang, A.C. Valle, C.-K. Yeh, et al. // Advanced Healthcare Materials. – 2020. – V. 9. – I. 20. – P. 2000864-1-2000864-11. DOI: 10.1002/adhm.202000864.
8. Eshun, G.B. Controlled synthesis and computational analysis of gold nanostars for the treatment of fusarium oxysporum / G.B. Eshun, F.J. Osonga, T. Erdogan et al. // RSC Advances. – 2023. – V. 13. – I. 31. – P. 21781-21792. DOI: 10.1039/D3RA04088G.
9. Morton, W. Modeling Au nanostar geometry in bulk solutions / W. Morton, C. Joyce, J. Taylor, et al. // Journal of Physical Chemistry C. – 2023. – V. 127. – I. 3. – P. 1680-1686. DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c07520.
10. Zarkov, S.V. Numerical modeling of plasmonic properties of gold nanostars to prove the threshold nature of their modification under laser pulse / S.V. Zarkov, A.V. Pavlikov, V.V. Kurlov et al. // Optical Engineering. – 2020. – V. 59. – I. 6. – P. 061628-1-061628-8. DOI: 10.1117/1.OE.59.6.061628.
11. Xi, W. How to accurately predict solution-phase gold nanostar stability / W. Xi, H.T. Phan, A.J. Haes // Analytical and Bioanalytical Chemistry. – 2018. – V. 410. – I. 24. – P. 6113-6123. DOI: 10.1007/s00216-018-1115-6.
12. Xi, Z. Role of surface curvature in gold nanostar properties and applications / Z. Xi, Y. Li, J. Wang et al. // ACS Biomaterials Science & Engineering. – 2023. – V. 10. – I. 1. – P. 38-50. DOI: 10.1021/acsbiomaterials.3c00249.
13. Le, N.T. Gold nanostar characterization by nanoparticle tracking analysis / N.T. Le, D. Vo, M. Le et al. // ACS Omega. – 2022. – V. 7. – I. 49. – P. 44677-44688. DOI: 10.1021/acsomega.2c03275.
14. Kon, I. Numerical FDTD-based simulations for SERS-active planar plasmonic surfaces / I. Kon, A. Zyubin, I. Samusev // Nanophotonics, Micro/Nano Optics, and Plasmonics VIII, 2023. – V. 12322. – Art. № 1232210. – 5 p. DOI: 10.1117/12.2637655.
15. Velázquez-Salazar, J.J. Controlled overgrowth of five-fold concave nanoparticles into plasmonic nanostars and their single-particle scattering properties / J.J. Velázquez-Salazar, L. Bazán-Díaz, Q. Zhang, et al. // ACS Nano. – 2019. – V. 13. – I. 9. – P. 10113-10128. DOI: 10.1021/acsnano.9b03084.
16. Zhang, F. Engineering plasmonic Au nanostars: enhanced plasmonic properties, preparation and biomedical application / F. Zhang, Y. Sun, J. Liu, Y. Zhao, et al. // Materials Today Bio. – 2025. – V. 33. – P. 102022-1-102022-15. DOI: 10.1016/j.mtbio.2025.102022.
17. Atomsk. – Режим доступа: www.url: https://atomsk.univ-lille.fr. – 01.09.2025.
18. 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.
19. 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: 10.2307/2280232.
20. 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.
21. 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.
22. Соколов, Д.Н. О структурной стабильности моно- и бинарных металлических наноклеток / Д.Н. Соколов, О.В. Полев, В.С. Мясниченко, К.Г. Савина, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2023. – Вып. 15. – С. 602-613. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.602.
23. Соколов, Д.Н. О стабильности и релаксации структуры металлических наноклеток / Д.Н. Соколов, В.С. Мясниченко, О.В. Полев, К.Г. Савина, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2024. – Вып. 16. – С. 543-556. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.543.
24. 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.
25. Сдобняков, Н.Ю. Моделирование структурных превращений в однокомпонентных и многокомпонентных металлических наносистемах: учебник / Н.Ю. Сдобняков. – Тверь: Тверской государственный университет, 2025. – 408 с. DOI:10.26456/sny.2025.408.
26. 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.
27. Tam, N.T. Thermodynamic nanoarchitectonics of gold nanoparticles: shape and size dependence of melting temperature and mean-square displacement / N.T. Тam, L.T. Lam, H.K. Hieu // Applied Physics A. – 2025. – V. 131. – I. 7. – Art. № 547. – 8 p. DOI: 10.1007/s00339-025-08682-w.