scholarly journals STRUCTURAL STABILITY OF Ag AND Ag NANOCLUSTERS WITH A CHANGE IN THE INITIAL MORPHOLOGY

Author(s):  
Дарья Антоновна Рыжкова ◽  
Светлана Леонидовна Гафнер ◽  
Юрий Яковлевич Гафнер

В статье методом молекулярной динамики с использованием модифицированного потенциала сильной связи TB-SMA (second moment approximation of tight-binding) проводится сравнительный анализ характера термически индуцированных структурных переходов в нанокластерах серебра, число атомов в которых соответствует «магическим» числам икосаэдрической структуры, при вариации их начальной морфологии. Показано, что в случае начальной ГЦК конфигурации формирование Ih модификации происходит либо на этапе предварительной термической релаксации, либо в ходе дальнейшего нагрева. При начальной аморфной морфологии характер структурных переходов претерпевает значительные изменения. Так, например, формирующаяся Ih модификация обладает большей стабильностью в области высоких температур и точка плавления нанокластеров смещается на величину более 100 К. Такой эффект обусловлен более плавным изменением удельной потенциальной энергии нанокластера в сравнении со случаем, когда устойчивая Ih конфигурация формируется при низких температурах. Полученные данные могут быть использованы при процессах создания нанокластеров серебра с требуемым внутренним строением. This article provides a comparative analysis of thermally induced structural transitions in silver nanoclusters with a change in their initial morphology. The study was executed by the molecular dynamics method using the modified TB-SMA (second moment approximation of tight-binding) tight binding potential. The number of atoms in nanoclusters corresponds to the icosahedral structure «magic» numbers. It is shown that for nanoclusters with the initial FCC configuration, the Ih modification is formed either at the stage of preliminary thermal relaxation or during further heating. For nanoclusters with an initial amorphous morphology, the nature of structural transitions undergoes significant changes. For example, the formed Ih modification is more stable at high temperatures and the melting point of nanoclusters shifts by more than 100 K. This effect is due to a smoother change in the specific potential energy of the nanocluster in comparison with the case when a stable Ih configuration is formed at low temperatures. The data obtained can be used in processes to create silver nanoclusters with the required internal structure.

2022 ◽  
Vol 64 (3) ◽  
pp. 313
Author(s):  
Д.А. Рыжкова ◽  
С.Л. Гафнер ◽  
Ю.Я. Гафнер

A comparative analysis of thermally induced structural transitions in silver nanoclusters, the number of atoms of which corresponded to the “magic” numbers of the icosahedral (Ih) structure with variation of their initial morphology, was carried out by the molecular dynamics method using the modified tight-binding potential TB-SMA. It is shown that, in the case of the initial fcc phase, the formation of the Ih modification, depending on the particle size, occurred either at the stage of preliminary thermal relaxation or during further heating. At the initial amorphous morphology, the nature of the structural transitions underwent significant changes. Thus, even in the case of Ag55 clusters, the icosahedral structure was formed only in 50-60% of the experiments performed. Based on the data obtained, it was concluded that to create a stable Ih structure, it is necessary to use the thermal cycling procedure.


Author(s):  
Дарья Антоновна Рыжкова ◽  
Светлана Леонидовна Гафнер ◽  
Юрий Яковлевич Гафнер

В настоящее время серебро активно применяется в микроэлектронике, в основном благодаря своей высокой электро- и теплопроводности. Учет процессов взаимодействия между металлом и световой волной (плазмонные эффекты) дает совершенно новые технические приложения серебра. Эти приложения становятся возможными благодаря сильному взаимодействию между падающим светом и свободными электронами в наноструктурах. К настоящему времени уже стало понятно, что размер, форма и структура наночастиц определяют их плазмонные свойства, в том числе резонансные частоты. Следовательно, подгонкой размера, внешнего вида металлической наноструктуры и ее внутреннего строения, можно управлять светом с очень большой степенью точности. В данной работе методом молекулярной динамики с использованием модифицированного потенциала сильной связи TB-SMA (second moment approximation of tight-binding) были изучены границы термической стабильности различной исходной структурной фазы в малых кластерах серебра с числом атомов, соответствующим «магическим» числам ГПУ структуры. Было показано, что характер термически индуцированных структурных переходов в исследуемых группах нанокластеров резко отличается. Данный факт может позволить создать малые кластеры серебра с требуемым внутренним строением. Currently, silver is actively used in microelectronics, mainly due to its high electrical and thermal conductivity. Taking into account the processes of interaction between a metal and a light wave (plasmon effects) gives completely new technical applications of silver. These applications are made possible by the strong interaction between incident light and free electrons in nanostructures. By now, it has already become clear that the size, shape, and structure of nanoparticles determine their plasmon properties, including resonance frequencies. Therefore, by adjusting the size, appearance of the metal nanostructure and its internal structure, it is possible to control light with a very high degree of accuracy. In this work, the boundaries of thermal stability of various initial structural phases in small silver clusters with the number of atoms corresponding to the «magic» numbers of the hcp structure were studied by the molecular dynamics method using the modified tight-binding potential TB-SMA (second moment approximation of tight-binding). It was shown that the nature of thermally induced structural transitions in the groups of nanoclusters under study differs sharply. This fact can make it possible to create small silver clusters with the required internal structure.


2020 ◽  
Vol 310 ◽  
pp. 47-52
Author(s):  
Yuri Ya Gafner ◽  
Svetlana L. Gafner ◽  
Daria A. Ryzhkova

The paper studies applicability of individual particles of Ag-Cu nanoalloys as data bits in the next generation memory devices constructed on the phase change memory principle. To fulfill this task, the structure formation was simulated with the molecular dynamics method on cooling from the melt of Ag-Cu nanoparticles of the diameter of 2.0 – 8.0 nm of different chemical compositions (with copper content in the alloy from 10 to 50 percent), based on the modified tight-binding potential (TB-SMA). The authors investigated the influence of the size effects and the heat removal rate on the formation of the clusters structure. The investigation showed that different internal structures can be developed upon cooling from the liquid phase, so there were determined some criteria of their stability. Clusters with copper content of not more than 10% and diameters of more than 6.0 nm were isolated from the entire set of the considered particles.


Author(s):  
Дмитрий Викторович Иванов ◽  
Сергей Александрович Васильев ◽  
Николай Юрьевич Сдобняков ◽  
Елена Владимировна Романовская ◽  
Виталий Александрович Анофриев ◽  
...  

В данной работе методом молекулярной динамики с использованием потенциала сильной связи проведено моделирование процесса молекулярно-лучевой эпитаксии с целью определения закономерностей при формировании фрактальных металлических пленок на твердой поверхности. В качестве подложки использовалась медь, пленка формировалась из атомов золота. Показана возможность формирования фрактальных структур в островковой пленке золота на поверхности меди. Различными аналитическими методами с использованием программного продукта Gwyddion проанализирован диапазон изменения фрактальной размерности при различных условиях молекулярно-динамического эксперимента. In this work, molecular dynamics method and the tight binding potential was used to simulate the process of the molecular beam epitaxy in order to determine regularities in the formation of fractal metal films on a solid surface. Copper was used as a substrate, the film was formed from gold atoms. The possibility of formation of fractal structures in an island gold film on the copper surface is shown. Various analytical methods using the Gwyddion software product have used to analyze a range of changes in the fractal dimension under different conditions of molecular dynamics experiment.


2021 ◽  
Vol 2052 (1) ◽  
pp. 012038
Author(s):  
N Yu Sdobnyakov ◽  
V M Samsonov ◽  
V S Myasnichenko ◽  
P M Ershov ◽  
A N Bazulev ◽  
...  

Abstract Using the isothermal molecular dynamics and the tight-binding potential, crystallization of Ti6Al4V nanodroplets was simulated. The objects of the research consisted of 2869 atoms, including 172 Al atoms and 115 V ones. The OVITO program was employed to recognize local structures and nanophases arisen in the course of cooling nanoalloy with the cooling rates of 0.1 and 0.4 K/ps. We have found that the cooling rate effect on the structure of the Ti6Al4V nanoalloy and the thermally induced structural transformations is much more pronounced than the size effect.


Author(s):  
S. D. Borisova ◽  
S. V. Eremeev ◽  
G. G. Rusina ◽  
E. V. Chulkov

The structure and magnetic properties of small Cr clusters adsorbed on the Cu(111) surface have been investigated using DFT theory and their vibrational properties have been calculated using tight-binding second moment approximation interatomic interaction potentials.


Author(s):  
Юрий Яковлевич Гафнер ◽  
Светлана Леонидовна Гафнер ◽  
Юлия Андреевна Куликова

Методом молекулярной динамики на основе потенциала сильной связи проведена имитация процесса синтеза из высокотемпературной газовой среды бинарных нанокластеров Cu - Au методом конденсации. В качестве начальной конфигурации были использованы 91124 атомов Cu и Au , расположенных хаотично в пространстве с целевым химическим составом CuAu, CuAu, CuAu и CuAu. Найдено, что в случаях стехиометрического химического состава исходной газовой смеси (CuAu или CuAu) наблюдается выделение очень мелких кластеров с подавляющим содержанием в них атомов золота. Также было показано, что многие полученные при таком синтезе наночастицы обладали пятичастичным строением. Сделано предположение, что причиной такого расположения атомов в исследуемых соединениях может быть разный размер атомов золота и меди, приводящий к «разрыхлению» кристаллической решетки. Simulation of synthesis of binary Cu - Au nanoclusters from a high-temperature gas medium by the condensation method was carried out by the molecular dynamics method based on the tight-binding potential. The initial configuration consisted of 91124 Cu and Au atoms was located randomly in space with the target chemical composition CuAu, CuAu, CuAu and CuAu. It was found that in the cases of the stoichiometric chemical composition of the initial gas mixture (CuAu or CuAu), very small clusters with an overwhelming content of gold atoms were observed. It was also shown that many nanoparticles obtained by this synthesis had a five-particle structure. It is assumed that the reason for such an arrangement of atoms in the compounds under study may be the size mismatch of gold and copper atoms, leading to «loosening» of the crystal lattice.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document