Методом молекулярной динамики проведена имитация процесса синтеза из высокотемпературной газовой фазы нанокластеров Cu-Au. В качестве начальной конфигурации были использованы 91124 атомов Cu и Au, расположенных хаотично в пространстве с разным процентным соотношением. За основу используемой компьютерной модели синтеза из газовой фазы была взята экспериментальная установка, находящаяся в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. На базисе полученных данных сделаны выводы о реальном химическом составе кластеров на конечной стадии формирования. Показано, что кластеры с размером более 400-500 атомов придерживаются заданного целевого соотношения, максимальные отклонения от него фиксировались только у атомного пара стехиометрического состава. В остальных случаях с сокращением процентного содержания атомов золота в исходном паре происходило уменьшение отклонений кластеров от заданного целевого состава. Определено, что причиной этого стало разное кристаллическое строение полученных при моделировании наночастиц. The process of synthesis of CuAu nanoclusters from a high-temperature gas phase was simulated. The molecular dynamics method was employed, 1124 Cu and Au atoms were used as the initial configuration. The computer model of synthesis from the gas phase was based on an experimental setup located at the Budker Institute of Nuclear Physics SB RAS. On the basis of the data obtained, conclusions were made concerning the real chemical composition of clusters at the final stage of formation. It is shown that clusters larger than 400-500 atoms adhere to the given target ratio. The maximum deviations from the target ratio were recorded only for atomic vapor of stoichiometric composition. In other cases, with a reduction in the percentage of gold atoms in the initial pair, the deviations of clusters from the required composition decreased. It was determined that the reason for this was a different crystal structure of the nanoparticles obtained by modeling.

Численным анализом на основе метода молекулярной динамики рассмотрен процесс формирования из высокотемпературной газовой среды бинарных нанокластеров Cu-Au разного целевого состава. Основное внимание было уделено изучению вопроса формирования кристаллической структуры в таких кластерах и определения ее типа. Показано, что рост процентного содержания атомов золота в первичной газовой среде существенно влияет на образование внутреннего строения имитируемых наночастиц. При относительно небольшой добавке происходит полное исчезновение кластеров с ГЦК строением с формированием наночастиц практически только с пятичастичной симметрией с подавляющим преобладанием Dh конфигурации. Если испарять оба прекурсора с равной скоростью, то рост процентного содержания в газовой смеси атомов золота приводит к тому, что кластеры CuAu часто оказываются неспособными сформировать какую-либо явно различимую кристаллическую форму, из-за чего примерно каждый четвертый кластер фиксировался в аморфном состоянии. Сделан вывод, что причиной данного явления может быть разделение атомов разного сорта, характерное для бинарных наночастиц моделируемого химического состава. The article considers the process of formation of binary Cu-Au nanoclusters with different target composition from a high-temperature gaseous medium. The molecular dynamics method was used. The main attention was paid to studying formation of the crystal structure in such clusters and determination its type. It is shown that an increase in the percentage of gold atoms in the primary gaseous medium significantly affects the formation of the internal structure of simulated nanoparticles. With a relatively small increase in the proportion of gold atoms, there is a complete disappearance of clusters with the fcc structure. The formation of nanoparticles with, as a rule, five-particle symmetry is observed. In this case, the Dh configuration prevails. If both precursors are evaporated at the same rate, then an increase in the percentage of gold atoms in the gas mixture leads to the fact that CuAu clusters are often unable to form any clearly distinguishable crystalline form, due to which approximately every fourth cluster was fixed in the amorphous state. We concluded that the cause of this phenomenon may be the separation of atoms of different types, which is typical for binary nanoparticles of the studied chemical composition.

Методом молекулярной динамики проведена имитация процесса синтеза из высокотемпературной газовой фазы нанокластеров целевого состава CuAu. В качестве начальной конфигурации были использованы 91124 атомов Cu и Au, расположенных хаотично в пространстве со средним расстоянием между ними в 30 Боровских радиусов. Набор параметров был выбран таким образом, чтобы имитировать условия конденсации в среде инертного газа (IGC - inert gas condensation). На основе полученных данных сделаны выводы об основных этапах эволюции модельной системы при охлаждении со скоростью отвода термической энергии 10 К/с. Показано, что начальная стадия синтеза состоит из пяти различных этапов, постепенно приводящих к формированию первичных сферических наночастиц бинарного сплава CuAu. На конечном этапе происходит завершающая трансформация формирующихся первичных наночастиц, заключающаяся в практически полном исчезновении исходной атомной атмосферы с образованием сферичных бинарных наночастиц, характерной особенностью которых является вытеснение атомов золота на поверхность. The process of synthesis of CuAu nanoclusters from a high-temperature gas phase was simulated. The molecular dynamics method was used. 91124 Cu and Au atoms were used as the initial configuration. The atoms were arranged randomly in space, the average distance between them was 30 Bohr radii. The set of parameters was chosen in such a way as to simulate the conditions of the inert gas condensation. This system was cooled with a thermal energy removal rate of 10 K/s. Based on the data obtained, conclusions were drawn about the main stages of the evolution of the model system. It is shown that the initial stage of synthesis consists of five different stages, which gradually lead to the formation of primary spherical nanoparticles of the CuAu binary alloy. At the final stage, the eventual transformation of the formed primary nanoparticles takes place. The initial atomic atmosphere almost completely disappears and spherical binary nanoparticles are formed, a characteristic feature of which is the displacement of gold atoms to the surface.

Частицы серебра размером меньше длины волны видимого света способны в значительной мере поглощать свет вследствие поверхностного плазмонного резонанса, частота и интенсивность которого зависит от формы и структуры наночастиц. То есть контроль строения нанокластеров Ag, широко применяемых в плазмонике, позволяет управлять длинами волн света, которые они рассеивают и поглощают. В данной статье рассматривается вопрос термической стабильности малых кластеров Ag с числом атомов, соответствующих «магическим» числам ГЦК структуры, при начальной аморфной конфигурации кластеров. Показано, что начальная аморфная морфология частиц способна в существенно изменить характер структурообразования нанокластеров Ag: формирование стабильной ГЦК структуры сменяется переходом к Dh - и Ih - конфигурациям. Silver particles smaller than the wavelength of visible light are capable of absorbing light to a large extent due to the surface plasmon resonance, the frequency and intensity of which depend on the shape and structure of nanoparticles. In other words, control of the structure of Ag nanoclusters, widely used in plasmonics, makes it possible to control the wavelengths of light that they scatter and absorb. This article discusses the issue of thermal stability of small Ag clusters with the number of atoms corresponding to the «magic» numbers of the fcc structure, with the initial amorphous configuration of the clusters. It has been shown that the initial amorphous morphology of particles can significantly change the nature of the structure formation of Ag nanoclusters: the formation of a stable fcc structure is replaced by a transition to Dh - and Ih - configurations.

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.