Оцінювання стабільности та зростання ГЦК-нанокластера заліза, що містить атоми домішки

Н. В. Бондаренко, А. В. Недоля

Запорізький національний університет, вул. Жуковського, 66, 69600 Запоріжжя, Україна

Отримано: 12.01.2018. Завантажити: PDF

Методою молекулярної механіки з використанням потенціялу Леннард-Джонса розраховано енергію ізольованого нанокластера заліза в залежності від положення атома Карбону як атома втілення та атома Ніклю як атома заміщення. Втілений у нанокластер атом Карбону дрейфував до поверхні із внутрішньої октапори або безпосередньо в напрямку ⟨011⟩, або через тетрапору спочатку в напрямку ⟨1$\bar{1}$1⟩, а потім у напрямку ⟨111⟩. Один з 14 атомів Феруму був заміщений атомом Ніклю, положення якого змінювалося під час моделювання. Було визначено, що положення атома Ніклю істотно впливає на енергію нанокластера. Результати розрахунків показали, що у випадку ГЦК-нанокластера положення атома Карбону в октапорі було більш енергетично вигідним, ніж у тетрапорі. З іншого боку, потенціяльний бар’єр у напрямку ⟨1$\bar{1}$1⟩ був менший, ніж у напрямку ⟨011⟩. Це вказує на існування двох способів дрейфу атома Карбону до поверхні нанокластера. Зміна положення атома Ніклю істотно впливала на висоту потенціяльних бар’єрів октаедричних і тетраедричних міжвузлів, що уможливлює маніпулювати атомом Карбону в приповерхневому шарі нанокластера. Крім цього, атом Карбону впливав на напрямок зростання нанокластера, який оцінювався за допомогою енергії приєднання додаткового атома Феруму. Дослідження може бути корисним у медицині, біології та технологіях наноелектромеханічних систем, де використовуються такі нанокластери та наночастинки.

Ключові слова: нанокластер заліза, енергія нанокластера, домішкові атоми, метод молекулярної механіки.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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