Оценивание стабильности и роста ГЦК-нанокластера железа, содержащего атомы примеси

Н. В. Бондаренко, А. В. Недоля

Запорожский национальный университет, ул. Жуковского, 66, 69600, Запорожье, Украина

Получена: 12.01.2018. Скачать: PDF

Методом молекулярной механики с использованием потенциала Леннард-Джонса рассчитана энергия изолированного нанокластера железа в зависимости от положения внедрённого атома углерода и замещённого атома никеля. Внедрённый в нанокластер атом углерода дрейфовал к поверхности из внутренней октапоры или непосредственно в направлении ⟨011⟩, или через тетрапору сначала в направлении ⟨1$\bar{1}$1⟩, а затем в направлении ⟨111⟩. Один из 14 атомов железа был замещён атомом никеля, положение которого менялось во время моделирования. Было определено, что положение атома никеля существенно влияет на энергию нанокластера. Результаты расчётов показали, что в случае ГЦК-нанокластера положение атома углерода в октапоре было более выгодным энергетически, чем в тетрапоре. С другой стороны, потенциальный барьер в направлении ⟨1$\bar{1}$1⟩ был меньше, чем в направлении ⟨011⟩. Это указывает на существование двух способов дрейфа атома углерода к поверхности нанокластера. Изменение положения атома никеля существенно влияло на высоту потенциальных барьеров октаэдрических и тетраэдрических междоузлий, что позволяет манипулировать атомом углерода в приповерхностном слое нанокластера. Кроме того, атом углерода влиял на направление роста нанокластера, что оценивалось с помощью энергии присоединения дополнительного атома железа. Исследование может быть полезным в медицине, биологии и технологиях наноэлектромеханических систем, в которых используются такие нанокластеры и наночастицы.

Ключевые слова: нанокластер железа, энергия нанокластера, примесные атомы, метод молекулярной механики.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v40/i12/1675.html

PACS: 02.70.Ns, 07.05.Tp, 36.40.-c, 61.46.Bc, 61.72.sh, 81.05.Zx, 81.07.Oj


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. B. M. Smirnov, Cluster Processes in Gases and Plasmas (Weinheim: Wiley–VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: 2010). Crossref
  2. V. V. Sagaradze, V. E. Danilchenko, Ph. L’Heritier, and V. A. Shabashov, Mater. Sci. Eng., A, 337, Iss. 1–2: 146 (2002). Crossref
  3. J. A. Alonso, Structure and Properties of Atomic Nanoclusters (Singapore: World Scientific: 2005). Crossref
  4. J. A. Venables, G. D. T. Spiller, and M. Hunbucken, Rep. Prog. Phys., 47, No. 4: 399 (1984). Crossref
  5. Metal Particles and Nanoalloys 3 (Eds. R. L. Johnston and J. Wilcoxon) (Amsterdam: Elsevier Ltd: 2012).
  6. F. Baletto and R. Ferrando, Rev. Mod. Phys., 77, Iss. 1: 371 (2005). Crossref
  7. L. D. Pachón and G. Rothenberg, Appl. Organomet. Chem., 22, Iss. 6: 288 (2008). Crossref
  8. A. K. Singh, Engineered Nanomaterials: Structure, Properties and Mechanisms of Toxicity (Amsterdam: Academic Press, Elsevier Inc.: 2016).
  9. C. Mottet, G. Rossi, F. Baletto, and R. Ferrando, Phys. Rev. Lett., 95, Iss. 3: 035501-1 (2005). Crossref
  10. H. Häkkinen, S. Abbet, A. Sanchez, U. Heiz, and U. Landman, Angew. Chem. Int. Ed., 42, Iss. 11: 1297 (2003). Crossref
  11. B. E. Husic, D. Schebarchov, and D. J. Wales, Nanoscale, 8: 18326 (2016). Crossref
  12. X. G. Ma, Y. F. Liu, N. Liu, J. C. Ren, G. W. Xu, L. Chu, H. Lv, C. Y. Huang, and Y. F. Zhu, J. Phys. Condens. Matter, 27, No. 33: 335301-1 (2015). Crossref
  13. Z. R. Dai, Sh. Sun, and Z. L. Wang, Sur. Sci., 505: 325 (2002). Crossref
  14. J. Diao, K. Gall, and M. L. Dunn, Nat. Mater, 2: 656 (2003). Crossref
  15. L. D. Pachón and G. Rothenberg, Appl. Organomet. Chem., 22, Iss. 6: 288 (2008). Crossref
  16. S. Khanal, A. Spitale, N. Bhattarai, D. Bahena, J. J. Velazquez-Salazar, S. Mejía-Rosales, M. M. Mariscal, and M. José-Yacaman, Beilstein J. Nanotechnol., 5: 1371 (2014). Crossref
  17. M. C. Patterson, B. F. Habenicht, R. L. Kurtz, L. Liu, Y. Xu, and Ph. T. Sprunger, Phys. Rev. B, 89, Iss. 20: 205423-1 (2014). Crossref
  18. L. Liu, J. Yuan, L. Cheng, and J. Yang, Nanoscale, 9, Iss. 2: 856 (2017). Crossref
  19. M. G. Taylor and G. Mpourmpakis, Nat. Commun., 8: 15988-1 (2017). Crossref
  20. F. Kh. Mirzoev and L. A. Shelepin, Tech. Phys. Lett., 28, Iss. 1: 6 (2002). Crossref
  21. L. J. Swartzendruber, V. P. Itkin, and C. B. Alcock, J. Phase Equilib. Diffus., 12, Iss. 3: 288 (1991). Crossref
  22. Nanostructured Materials: Sciences & Technology (Eds. G.-M. Chow and N. I. Noskova) (USA: Kluwer Academic Publishers: 1998). Crossref
  23. V. G. Gavriljuk, J. Phys. IV France, 112: 51 (2003). Crossref
  24. P. Yu. Volosevitch, V. V. Girzhon, and V. E. Danil’chenko, Scripta Mater., 37, Iss. 7: 977 (1997). Crossref
  25. Iron Systems. Part 1 (Eds. G. Effenberg and S. Ilyenko) (Berlin–Heidelberg: Springer: 2008). Crossref
  26. E. G. Lewars, Computational Chemistry: Introduction to the Theory and Applications of Molecular and Quantum Mechanics (Berlin: Springer Science Business Media BV: 2011). Crossref
  27. K. I. Ramachandran, G. Deepa, and K. Namboori, Computational Chemistry and Molecular Modelling. Principles and Applications (Heidelberg: Springer-Verlag: 2008). Crossref
  28. Q. Yang and A. C. To, Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 283: 384 (2015). Crossref
  29. H. M. Ledbetter and R. P. Reed, J. Phys. Chem. Ref. Data, 2, Iss. 3: 531 (1973). Crossref
  30. T. Halicioğlu and G. M. Pound, Phys. Status Solidi A, 30, Iss. 2: 619 (1975). Crossref
  31. M. Riech, Nano-Engineering in Science and Technology. An Introduction to the World Nano-Design (Singapore: World Scientific Publishing Co Pte Ltd: 2003).
  32. J. P. Stark, Solid State Diffusion (New York: John Wiley and Sons: 1976).
  33. A. V. Nedolya and N. V. Bondarenko, Selected Proceedings of the 4th Int. Research and Practice Conf. ‘Nanotechnology and Nanomaterials NANO-2016’ (Aug. 24–27, 2016, Lviv, Ukraine). Springer Proceedings in Physics (Cham, Switzerland: Springer: 2017), vol. 195, p. 395. Crossref
  34. K. S. Sree Harsha, Principles of Physical Vapor Deposition of Thin Films (Oxford: Elsevier Ltd: 2006).
  35. P. Zhang, E. Mohimi, T. K. Talukdar, and J. R. Abelson, J. Vac. Sci. Technol. A, 34, Iss. 5, Art. No. 051518 (2016). Crossref
  36. I. G. Kabanova, V. V. Sagaradze, N. V. Kataeva, and V. E. Danil’chenko, Phys. Metals. Metallogr., 112: 381 (2011). Crossref