Колонка редактора

А.А. Череповская, Д.А. Рыжкова
ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»

Аннотация: v> Ключевые слова: нанокластеры, серебро, медь, кристаллизация, структура, компьютерное моделирование, сильная связь

Д.Н. Соколов, О.В. Полев, В.С. Мясниченко, К.Г. Савина, Н.Ю. Сдобняков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: В данной работе рассмотрена проблема термической стабильности монои бинарных металлических наноклеток, состоящих из атомов золота и серебра. Количество атомов в исследуемых наноклетках составляло 1744, 2150, 2470 и 3370 атомов. Характерный размер (наружний диаметр) наноклеток от 4,4 до 5,1 нм. Межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи. Анализ калорических зависимостей удельной потенциальной части внутренней энергии позволил идентифицировать температурные области «залечивания» полостей (пор) в гранях и во внутренней области (ядре) наноклеток. Подробно описан пример структурного коллапса наноклетки, в результате которого в ядре наночастицы идентифицируются кристаллические и квазикристаллические фазы до температуры, отвечающей плавлению для данного размера. Отдельно изучена сегрегация в бинарной наноклетке Au-Ag до и после ее коллапса.
Ключевые слова: атомистическое моделированы, метод Монте-Карло, потенциал сильной связи, металлические наноклетки, поры, термическое воздействие, стабильность/нестабильность, структурообразование

Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов, К.Г. Савина, А.Н. Базулев, С.А. Вересов, С.В. Серов
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: Исследованы фазовые переходы плавление и кристаллизация в пятикомпонентной металлической наносистеме Au-Ag-Cu-Pd-Pt эквиатомного состава. Комплексный подход к атомистическому моделированию обусловлен применением альтернативных методов компьютерного моделирования – метода молекулярной динамики и метода Монте-Карло. Межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи. По результатам серий компьютерных экспериментов было установлено, что в пятикомпонентных наночастицах эквиатомного состава могут образовываться кристаллические фазы в процессе охлаждения. Определены температуры плавления и кристаллизации для исследуемых пятикомпонентных наночастиц. Полученные альтернативными методами значения находятся в хорошем согласии. Для пятикомпонентных наночастиц подтверждена концепция фиксирования температур, отвечающих началу и концу процесса фазового перехода. Определены металлы, входящие в состав пятикомпонентных наночастиц, атомы которых в процессе кристаллизации формируют центральную часть наночастицы (ядро) и периферийные области, включая поверхность наночастицы.
Ключевые слова: метод молекулярной динамики, метод Монте-Карло, потенциал сильной связи, пятикомпонентные наночастицы, структурообразование, температура плавления, температура кристаллизации

В.М. Самсонов, С.А. Васильев, И.В. Талызин, В.В. Пуйтов
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: С учетом результатов наших молекулярно-динамических экспериментов сделан вывод, что из трех обычно рассматриваемых альтернативных моделей плавления наночастиц (гомогенного плавления, жидкой оболочки, нуклеации и роста жидкости) последняя наиболее адекватна. Вместе с тем, более адекватна модель, отвечающая сочетанию непрерывного плавления на начальной стадии процесса с его последующим скачкообразным завершением. Иными словами, нуклеация и рост жидкоподобного поверхностного слоя происходят до достижения некоторого критического радиуса кристаллического ядра частицы, а затем плавление завершается очень быстро, почти скачкообразно (за доли нс) при температуре, интерпретируемой как температура плавления наночастицы T_m. Далее обсуждается роль поверхностного плавления в спекании наночастиц. В соответствии с нашими результатами, спекание металлических наночастиц при высоких температурах нельзя свести к единственному механизму: определенную роль играют поверхностное плавление, поверхностная и объемная диффузия, деформация в зоне контакта и коллективные эффекты, связанные с перемещениями не отдельных атомов, а групп атомов. Выдвинута и обоснована гипотеза о том, что введенная нами ранее переопределенная температура Таммана T_T = 0,5T_m отвечает переключению сценария спекания металлических наночастиц, завершающегося формированием гантелеобразного нанокристалла, на сценарий, отвечающий коалесценции твердых наночастиц, которая завершается формированием дефектного нанокристалла формы, близкой к сферической.
Ключевые слова: поверхностное плавление, металлические наночастицы, механизмы плавления, коалесценция и спекание, термодинамика, молекулярная динамика, метод погруженного атома, потенциал сильной связи

В.М. Самсонов, И.В. Талызин, С.А. Васильев, В.В. Пуйтов
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: Данная работа отвечает первой части серии из двух статей, опубликованных в данном выпуске журнала и сочетающий краткий обзор теоретических и экспериментальных исследований, а также результатов атомистического моделирования поверхностного плавления в объемных телах и в наночастицах, с представлением наших собственных молекулярно-динамических результатов. Нами изучались закономерности и механизмы поверхностного плавления в металлических наночастицах (золота, серебра, меди, свинца и никеля). Наиболее детально закономерности и механизмы данного явления исследовались на наночастицах золота и серебра. Установлено, что эффект поверхностного предплавления характерен для наночастиц всех указанных выше металлов, хотя с уменьшением размера частиц этот эффект проявляется в меньшей степени. Кроме того, наши молекулярно-динамические результаты не подтвердили теоретические предсказания некоторых авторов о существовании вполне определенного характерного (критического) радиуса наночастиц, ниже которого эффект поверхностного плавления полностью отсутствует.
Ключевые слова: поверхностное плавление (предплавление), металлические наночастицы, молекулярная динамика, метод погруженного атома, LAMMPS

К.Г. Савина, Р.Е. Григорьев, А.Д. Веселов, С.С. Богданов, П.М. Ершов, С.А. Вересов, Д.Р. Зорин, В.С. Мясниченко, Н.Ю. Сдобняков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: Рассмотрены процессы структурообразования в бинарных наночастицах Co-Au и Ti-V, а также факторы, влияющие на процесс кристаллизации. В качестве объектов исследования выступали бинарные наночастицы Co-Au и Ti-V, содержащие N=400, 800, 1520 и 5000 атомов, эквиатомного состава. Компьютерный эксперимент проводился методом молекулярной динамики. Межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи. По результатам серий компьютерных экспериментов было установлено, что основными факторами, влияющими на возможность получения кристаллических фаз являются: скорость охлаждения бинарных наночастиц, их размер и размерное несоответствие атомов, входящих в состав, а также характер взаимодействия атомов металлов. Проявление стабильности/нестабильности в бинарных наночастицах может быть связано с закономерностями образования кристаллических фаз. При этом склонность к сегрегации одного из компонентов в бинарной системе может быть не основным фактором определяющим стабильность/нестабильность такой системы.
Ключевые слова: метод молекулярной динамики, потенциал сильной связи, бинарные наночастицы, кобальт, золото, титан, ванадий, размерное несоответствие, кристаллизация

Д.А. Рыжкова
ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»

Аннотация: Память с произвольным доступом на основе фазовых переходов является отличным кандидатом для технологии энергонезависимой памяти следующего поколения. Чтобы удовлетворить потребность промышленности ее емкость должна быть улучшена, для чего необходимо сократить объем единичной ячейки. Исходя из этого, в работе при помощи компьютерного моделирования методом молекулярной динамики с использованием модифицированного потенциала сильной связи TB-SMA была произведена оценка возможности использования наночастиц бинарного сплава Ag-Au в качестве отдельных ячеек памяти с произвольным доступом на основе фазовых переходов. Для этого был произведен анализ процессов кристаллизации данных наночастиц диаметром от 2,0 до 8,0 нм с разным темпом отвода термической энергии. Было показано, что добавление золота в состав позволяет решить проблему сложного воспроизведения аморфного строения, характерную для наночастиц чистого Ag. Благодаря этому, стабильного переключения между аморфной и кристаллической фазами удается достичь при диаметре нанокластеров ≥4 нм и ≥6 нм при содержании Au в составе ≥40% и ≥20% соответственно, что значительно ниже граничного значения 10 нм, характерного для серебряных наночастиц.
Ключевые слова: нанокластеры, серебро, золото, кристаллизация, структура, компьютерное моделирование, сильная связь, PCM ячейки

В.А. Полухин, С.Х. Эстемирова, Э.Д. Курбанова, Р.М. Белякова
ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»

Аннотация: Проанализированы принципы проектирования высокоэнтропийных сплавов, касающиеся подбора элементов. При подборе элементов используется параметрический подход, включающий химические и топологические параметры. Основным химическим параметром является энтальпия смешения элементов, основным топологическим параметром – атомный радиус. Подчеркивается, что использование модифицированных атомных радиусов, учитывающих локальное электронное окружение, лучше прогнозирует образования либо аморфных, либо кристаллических высокоэнтропийных сплавов. Рассмотрены 4 основные эффекта, определяющие свойства высокоэнтропийных сплавов: эффект высокой энтропии, эффект искажения решетки, эффект замедленной диффузии и «коктейль»-эффект. Получение наноразмерных высокоэнтропийных материалов на основе высокоэнтропийных сплавов – это новое перспективное направление, позволяющее существенно расширить их области применения, связанные с энергетикой (катализ, хранение энергии и др.), наноэлектроникой и др. В статье проведен анализ некоторых методов синтеза наноразмерных высокоэнтропийных сплавов и материалов на их основе, разрабатываемых в качестве катализаторов. Улучшенные рабочие характеристики по сравнению с традиционными катализаторами объясняются с точки зрения эффектов и особенностей, характерных для многокомпонентных систем.
Ключевые слова: многокомпонентные, аморфные и нанокристаллические сплавы, высокоэнтропийные сплавы и наноразмерные высокоэнтропийные сплавы, морфология, катализаторы, структуры ГЦК и ГПУ, ОЦК, прочность, термостабильность

Н.И. Непша, Д.Н. Соколов, Е.С. Митинев, А.А. Тактаров, Н.Ю. Сдобняков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: В данной работе исследованы сценарии структурообразования в тернарных наночастицах на основе платины и палладия четырех стехиометрических составов различного размера, в качестве допанта выступает никель. Использовались два альтернативных метода: метод молекулярной динамики (реализованный в открытом программном обеспечении LAMMPS) и метод Монте-Карло (в реализации схемы Метрополиса). Кроме того, для описания межатомного взаимодействия использовалось два варианта силовых полей: модифицированный потенциал сильной связи (при реализации методов молекулярной динамики и Монте-Карло) и потенциал погруженного атома (при реализации метода молекулярной динамики). По результатам серий компьютерных экспериментов было установлено, что атомы палладия имеют повышенную сегрегацию к поверхности. При скорости охлаждения 0,1 К/пс формируется упорядоченная кристаллическая ГЦК структура с включениями ГПУ фазы. C увеличением содержания допанта никеля до 20% в тернарной наночастице PdPt-Ni наблюдается усложнение идентифицируемой локальной структуры как по числу фаз, так и с точки зрения структурной сегрегации.
Ключевые слова: метод молекулярной динамики, метод Монте-Карло, потенциал погруженного атома, модифицированный потенциал сильной связи, метод сопоставления полиэдрических шаблонов, биметаллические и тернарные наночастицы, никель, палладий, платина, структурообразование, температура плавления и кристаллизации

В.С. Мясниченко, П.М. Ершов, С.А. Вересов, А.Н. Базулев, Н.Ю. Сдобняков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: Исследованы конечные конфигурации, полученные в процессекристаллизации в тернарных ме таллических наносплавах Ti_x-Al_96-x-V₄ различного состава. В качестве метода атомистического моделирования использовался метод молекулярной динамики. Межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи. Определена размерная зависимость температур плавления, а также изменение температур плавления и кристаллизации при изменении состава тернарных наночастиц. По результатам серий компьютерных экспериментов были установлены различия в сценариях кристаллизации тернарных наночастиц Ti_x-Al_96-x-V₄. Предложена и апробирована классификация по внутреннему строению и степени кристалличности. Для тернарных наночастиц Ti_x-Al_96-x-V₄ выделено пять основных классов по количеству (полу)осей симметрии 5 порядка. Несмотря на то, что изучение сегрегации компонентов тернарных наночастиц Ti_x-Al_96-x-V₄ не являлось целью работы построены b описаны атомные конфигурации, отвечающие различным температурам в процессе охлаждения.
Ключевые слова: метод молекулярной динамики, потенциал сильной связи, тернарные наночастицы, структурообразование, температуры плавления и кристаллизации