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尺寸相关晶格收缩与膨胀的微观成因


4th凝聚态与材料物理国际会议“,

2018年8月16日-17日|英国伦敦

Pushan玛

TIFR、印度

ScientificTracks抽象:Res. Rev. J Mat. science

DOI:10.4172 / 2321 - 6212 c2 - 017

摘要

随着颗粒尺寸的减小,一大类金属纳米颗粒(Ag, Al, Au, Cu, Ni, Pd, Pt, Bi, Sn等)的晶格参数与相应的体积值相比呈现收缩。有趣的是,在上面列出的表现出晶格收缩的金属纳米颗粒中,除了Bi和Sn之外,所有的金属纳米颗粒都具有面心立方(fcc)晶体结构。催化裂化金属中晶格参数的尺寸依赖性通常可以用Laplace-Young型方程拟合,这表明它们可以用一个简单的液-滴模型来表示,其中表面张力类力是最主要的。另一方面,已知的少数几种以纳米颗粒形式表现出系统晶格膨胀的金属包括Cr、Fe、Nb、V和Ta,每一种都恰好具有体心立方(bcc)结构。为了理解这种显著的经验相关性的物理基础,我们基于从头算密度泛函理论(DFT)进行了详细的微观研究。我们对代表性的bcc (Nb)和fcc (Cu)纳米团簇的模拟阐明了金属纳米颗粒上的覆盖层的重要性,并成功地对这一显然令人费解的观察结果提供了一致的理解。重要的是要认识到,尺寸驱动的点阵参数变化是一个具有重大后果的非平凡效应,在某些情况下主导了量子尺寸效应和其他类型的表面效应。因此,尺寸诱导的晶格膨胀被用于理解(a)超导的持久性到出乎意料的小尺寸,(b)在嵌入纳米晶金属的孤立铁原子中出现磁矩,以及(c)在纳米晶氧化物中铁电性的破坏。近期发表:D Nafday etal .(2018)颗粒尺寸的减小通常会导致以体为中心的立方金属膨胀,但以面为中心的立方金属收缩。 ACS Nano. 12(7):7246-7252. Doi:10.1021/acsnano.8b03360. 2. S Sarkar et al. (2017) Is there a lower size limit for superconductivity? Nano Letters. 17:7027-7032. 3. S K Mohanta et al. (2016) Size-induced crossover from itinerant to localized magnetism observed for isolated Fe impurities embedded in different structural polymorphs of silver. Physical Review B. 94:184431. 4. S Chattopadhyay et al. (2015) Local structure, composition and crystallization mechanism of a model two-phase “composite nanoglass”. J. Chemical Physics. 144(6):064503. 5. S Bose and P Ayyub (2014) A review of finite size effects in quasi-zero dimensional superconductors. Reports Progress Physics. 77(11):116503.

传记

Pushan Ayyub是印度孟买塔塔基础研究所凝聚态物理系的高级教授和主席。他在纳米科学领域发表了160多篇论文。他是国际纳米结构材料委员会的成员(1998-2008),目前是印度政府纳米任务委员会的成员。他是印度国家科学院院士。主要研究方向为超导电性和铁电性的尺寸依赖性。他对尺寸诱导的结构相变和新型晶体结构的稳定特别感兴趣。

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