Atomic and electronic structure transformations of silver nanoparticles under a rapid cooling conditions

Abstract

The structural evolution and dynamics of silver nanodrops Ag_2869 (4.4 nm in diameter) under rapid cooling conditions have been studied by means of molecular dynamics simulations and electronic density of state calculations. The interaction of silver atoms is modelled by a tight-binding semiempirical interatomic potential proposed by Cleri and Rosato. The pair correlation functions and the pair analysis technique are used to reveal the structural transition in the process of solidification. It is shown that Ag nanoparticles evolve into different nanostructures under different cooling processes. At a cooling rate of 1.5625 × 10(13) K s−1 the nanoparticles preserve an amorphous-like structure containing a large amount of 1551 and 1541 pairs which correspond to icosahedral symmetry. For a lower cooling rate (1.5625 × 1012 K s−1 ), the nanoparticles transform into a crystal-like structure consisting mainly of 1421 and 1422 pairs which correspond to the face centred cubic and hexagonal close packed structures, respectively. The variations of the electronic density of states for the differently cooled nanoparticles are small, but in correspondence with the structural changes.

La evolución estructural y dinámica de nanogotas de plata Ag2869 (4.4 nm de diámetro) en condiciones de enfriamiento rápido se ha estudiado mediante simulaciones con dinámica molecular y cálculos de la densidad electrónica de estados. La interacción de átomos de plata se modeliza mediante el potencial semiempírico tight-binding propuesto por Cleri y Rosato. El cálculo de las funciones de correlación par y la técnica de análisis de pares se utilizan para revelar la transición estructural en el proceso de solidificación. Se muestra que las nanopartículas de Ag evolucionan en diferentes nanoestructuras bajo diferentes procesos de enfriamiento. A una tasa de enfriamiento de 1.5625 × 10(13) K s-1 las nanopartículas preservan una estructura cercana a la amorfa que presenta gran cantidad de pares 1551 y 1541 los cuales corresponden a la simetría icosaédrica. A una velocidad de enfriamiento más baja (1.5625 × 10(12) K s-1), las nanopartículas se transforman en una estructura cristalina similar que consiste principalmente de pares 1421 y 1422 que corresponden a las estructuras cúbicas centrada en las caras y hexagonal compacta, respectivamente. Las variaciones de la densidad electrónica de estados para las nanopartículas enfriadas mediante diferentes procesos son pequeñas, pero en correspondencia con los cambios estructurales.