To the problem of tight binding potential parameters approbation: influence of the ratio between pair and many-body interaction on the process of the structure formation in binary Pd-Pt nanoparticles

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The reliability of the atomistic simulation is determined in terms of the correctness of the problem statement, including the choice of the interatomic interaction potential and its parameterization. In this paper, a detailed testing of the tight-binding potential parameters was carried out by means of studying the influence of the ratio between pair and many-body interactions on the process of the structure formation in binary Pd-Pt nanoparticles. Three parameterizations of the tight-binding potential for the cross parameters were selected: set (I) corresponded to the use of the Lorentz-Berthelot rule, sets (II) and (III) specified the scaling laws for the pair interaction parameters and the many-body interaction parameters, respectively. For sets (I) and (III), the surface segregation of palladium atoms was established, while the use of set (II) led to the formation of the Janus structure. In addition, differences in the formation of the local structure in binary Pd-Pt nanoparticles were established. Set (III) predicts the dominance of the local bcc structure. Radial distributions of the local density of Pd and Pt atoms in the Pd-Pt nanoparticles at a final temperature of 300 K were also calculated.

About the authors

Nickolay Yu. Sdobnyakov

Tver State University

Email: nsdobnyakov@mail.ru
Dr. Sc., Docent, General Physics Department

Andrei Yu. Kolosov

Tver State University

Ph. D., Researcher, General Physics Department

Denis N. Sokolov

Tver State University

Ph. D., Researcher, General Physics Department

Kseniya G. Savina

Tver State University

2nd year postgraduate student, General Physics Department

Nikita I. Nepsha

Tver State University

4th year postgraduate student, General Physics

Yaroslav P. Savel'ev

Tver State University

4th year student, General Physics Department

Georgii D. Lomonosov

Tver State University

4th year student, General Physics Department

References

  1. Сдобняков, Н.Ю. Моделирование процессов коалесценции и спекания в моно- и биметаллических наносистемах. Монография / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, С.С. Богданов. - Тверь: Издательство Тверского государственного университета, 2021. - 168 с. doi: 10.26456/skb.2021.168.
  2. Сдобняков, Н.Ю. Изучение термодинамических и структурных характеристик наночастиц металлов в процессах плавления и кристаллизации: теория и компьютерное моделирование: монография / Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов. - Тверь: Издательство Тверского государственного университета, 2018. - 176 с.
  3. Рит, М. Наноконструирование в науке и технике. Введение в мир нанорасчета / М. Рит; пер. с англ. - Москва-Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика", 2005. - 160 c.
  4. Сдобняков, Н.Ю. Исследование удельной свободной поверхностной энергии нанокапель алюминия с использованием потенциала Шоммерса / Н.Ю. Сдобняков, А.Н. Базулев, В.М. Самсонов, Д.А. Кульпин, Д.Н. Соколов // Журнал структурной химии. - 2009. - T. 50. - № 6. - С. 1223-1228.
  5. Сдобняков, Н.Ю. Исследование размерной зависимости поверхностного натяжения твердых наночастиц на основе термодинамической теории возмущений / Н.Ю. Сдобняков, В.М. Самсонов // Известия ВУЗов: Химия и химическая технология. - 2003. - Т. 46. - Вып. 5. - С. 90-94.
  6. Cleri, F. Tight-binding potentials for transition metals and alloys / F. Cleri, V. Rosato // Physical Review B. - 1993. - V. 48. - I. 1. - Р. 22-33. doi: 10.1103/PhysRevB.48.22.
  7. Daw, M.S. Embedded-atom method: Derivation and application to impurities, surfaces, and other defects in metals / M.S. Daw, M.I. Baskes // Physical Review B. - 1984. - V. 29. - I. 12. - P. 6443-6453. doi: 10.1103/PhysRevB.29.6443.
  8. Paz Borbón, L.O.Computational studies of transition metal nanoalloys / L.O. Paz Borbón // Doctoral Thesis accepted by University of Birmingham, United Kingdom. - Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2011. - 155 p. doi: 10.1007/978-3-642-18012-5.
  9. Bogdanov, S. Molecular dynamics simulation of the formation of bimetallic core-shell nanostructures with binary Ni-Al nanoparticle quenching / S. Bogdanov, V. Samsonov, N. Sdobnyakov et al. // Journal of Materials Science. - 2022. - V. 57. - I. 28. - P. 13467-13480. doi: 10.1007/s10853-022-07476-2.
  10. Sdobnyakov, N.Yu. Simulation of phase transformations in titanium nanoalloy at different cooling rates / N.Yu. Sdobnyakov, V.S. Myasnichenko, C.-H. San et al. // Materials Chemistry and Physics. - 2019. - V. 238. - Art. № 121895. - 9 p. doi: 10.1016/j.matchemphys.2019.121895.
  11. Вересов, С.А. К вопросу изучения процессов структурообразования в четырехкомпонентных наночастицах / С.А. Вересов, К.Г. Савина, А.Д. Веселов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - Вып. 14. - С. 371-382. doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.371.
  12. Сдобняков, Н.Ю. Комплексный подход к моделированию плавления и кристаллизации в пятикомпонентных металлических наночастицах: молекулярная динамика и метод Монте-Карло / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2023. - Вып. 15. - С. 589-601. doi: 10.26456/pcascnn/2023.15.589.
  13. Massen, C. Geometries and segregation properties of platinum-palladium nanoalloy clusters / С. Massen, T.V. Mortimer-Jones, R.L. Johnston // Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions. - 2002. - I. 23. - P. 4375-4388. doi: 10.1039/B207847C.
  14. Колосов, А.Ю. Влияние парного и многочастичного взаимодействия на процесс структурообразования в бинарных наночастицах Pd-Pt / А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов, К.Г. Савина и др. // XIII Международная научная конференция "Химическая термодинамика и кинетика", 15-19 мая 2023, Великий Новгород: сборник научных трудов. - Великий Новгород: НовГУ им. Ярослава Мудрого, 2023. - С. 147-149.
  15. Свидетельство № 2019661915 Российская Федерация. Metropolis / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, П.М. Ершов, С.С. Богданов; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет". - № 2019660847; заявл. 30.08.2019; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 11.09.2019. - 1 с.
  16. Stukowski, A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO - the open visualization tool / A. Stukowski // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. - 2010. - V. 18. - I. 1. - P. 015012-1-015012-7. doi: 10.1088/0965-0393/18/1/015012.
  17. Nguyen, V.L. New experimental evidences of Pt-Pd Bimetallic nanoparticles with core-shell configuration and highly fine-ordered nanostructures by high-resolution electron transmission microscopy / V.L. Nguyen, O. Michitaka, M. Takashi et. al. // The Journal of Physical Chemistry C. - 2012. - V. 116. - I. 22. - P. 12265-12274. doi: 10.1021/jp303117y.
  18. LAMMPS Molecular Dynamics Simulator. - Режим доступа: www.url: http://lammps.sandia.gov. - 15.08.2024.
  19. Samsonov, V.M. Size dependence of the surface tension and the problem of Gibbs thermodynamics extension to nanosystems / V.M. Samsonov, N.Yu. Sdobnyakov, A.N. Bazulev // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. - 2004. - V. 239. - I. 1-3. - P. 113-117. doi: 10.1016/j.colsurfa.2004.01.016.
  20. Eom, N. General trends in core-shell preferences for bimetallic nanoparticles / N. Eom, M.E. Messing, J. Johnson, K. Deppert // ACS Nano. - 2021. - V. 15. - I. 5. - P. 8883-8855. doi: 10.1021/acsnano.1c01500.
  21. Samsonov, V. Puzzles of surface segregation in binary Pt-Pd nanoparticles: molecular dynamics and thermodynamic simulations / V. Samsonov, A. Romanov, I. Talyzin et al. // Metals. - 2023. - V. 13. - I. 7. - Art. № 1269. - 20 p. doi: 10.3390/met13071269.
  22. Талызин, И.В. Идентификация сложных наноструктур ядро-оболочка по радиальным распределениям локальной плотности компонентов / И.В. Талызин, С.С. Богданов, В.М. Самсонови др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - Вып. 14. - С. 307-320. doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.307.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).