超细Pt纳米线结构和熔化行为的分子动力学模拟研究

基于EAM原子嵌入势, 对临界尺寸下的自由Pt纳米线的奇异结构和熔化行为进行分子动力学模拟. 模拟结果显示, 超细Pt纳米线的熔点随径向尺寸和结构的不同而发生明显改变; 引入林德曼因子, 令其临界值为0.03, 以此得到对应熔点值大小与通过势能-温度变化曲线找出的一致, 又比较了纳米线各层粒子平均林德曼指数的大小, 对各层纳米结构的热稳定性进行定量标度; 综合分析发现螺旋结构纳米线的熔化从内核开始, 而多边形结构的纳米线的熔化从外壳层开始.     

Pt-Ag合金纳米线热力学性质的分子动力学模拟研究

基于EAM原子嵌入势,采用分子动力学方法,对临界尺寸下的Pt0.95Ag0.05合金纳米线多边形结构的熔化行为进行了计算模拟.结果表明:径向尺寸对Pt0.95Ag0.05合金纳米线的熔点影响较为显著,而长度对其影响较小;引入林德曼因子得到的熔点和用势能-温度变化曲线找到的熔点基本一致;合金纳米线的染色原子由外向内运动;综合分析发现Pt0.95Ag0.05合金纳米线以先外后内的模式进行熔化.     

Pt-Ag合金纳米线热力学性质的分子动力学模拟研究

基于原子嵌入势(EAM),采用分子动力学方法,对临界尺寸下的Pt_(0.95)Ag_(0.05)合金纳米线多边形结构的熔化行为进行了计算模拟.结果表明:径向尺寸对Pt_(0.95)Ag_(0.05)合金纳米线的熔点影响较为显著,而长度对其影响较小;引入林德曼因子得到的熔点和用势能-温度变化曲线找到的熔点基本一致;合金纳米线的染色原子由外向内运动;综合分析发现Pt_(0.95)Ag_(0.05)合金纳米线以先外后内的模式进行熔化.     

纳米铜团簇在常温和升温过程中能量特征的分子动力学研究

采用分子动力学方法和F-S多体势函数，模拟研究纳米铜团簇常温下能量特征及其在升温直到熔化过程中的变化，确定了常温下纳米铜团簇的表面原子厚度和表面能，给出在不同温度下纳米铜团簇能量大小分布比例和能量的概率密度，细致描述了团簇升温过程团簇内部原子和表面原子之间不同的变化特征. 关键词： 铜团簇 分子动力学 能量特征 温度     

大尺寸贵金属纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法和原子嵌入势模拟了大尺寸金(n=1136～1556)、银(n=1088～1724)、铜(n=1000～1600)、铂(n=1004～1800)原子纳米团簇的熔化过程,得出了相应纳米团簇的势能随温度的变化曲线以及热容量随温度的变化曲线,研究了各种原子纳米团簇熔点与其团簇尺寸的关系.模拟结果表明团簇的熔点随团簇尺寸增大而升高,并逐渐向大块晶体靠拢.所有纳米团簇在熔化过程中在熔点附近都出现负热容现象,通过对团簇熔化前后结构的比较,分析了导致这种现象的原因.     

Au纳米薄膜的熔化机理及其结构演变的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟详细研究了不同厚度的Au纳米薄膜的熔化机理和结构演变. 模拟结果表明所有Au纳米薄膜的熔化行为分为两个阶段,即表面预熔和均相熔化. 只有最外层原子出现了预熔化行为, 其他内层原子在均相熔化之前始终保持稳定的固态,这与零维的Au纳米团簇和一维的Au纳米线的预熔化行为是不同的. 同时Au纳米薄膜的熔化温度随着薄膜厚度的增加而升高. 在预熔化过程中,在原子水平上发现了所有的Au纳米薄膜的f100g晶面向f111g晶面转变的表面重建过程. 对于最薄的L2纳米薄膜,当温度低于500 K 时表面应力不能诱导这样的表面重建. 然而一维的Au纳米线在更低温度下就能够观察到了由表面应力诱导的表面重建过程. 这主要是因为Au纳米线具有更高的比表面积所导致的. 另外研究结果还表明当模拟温度达到某一特定值时,由双原子层组成的Au纳米薄膜能够分裂成一维的纳米线.     

第十五届全国原子与分子物理学术会议:大尺寸贵金属纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法和原子嵌入模型势模拟了大尺寸金（n=1136--1556）、银（n=1088--1724）、铜（n=1000--1600）、铂（n=1004--1800）原子纳米团簇的熔化过程,得出了相应纳米团簇的势能随温度的变化曲线以及热容量随温度的变化曲线,研究了各种原子纳米团簇熔点与其团簇尺寸的关系。模拟结果表明团簇的熔点随团簇尺寸增大而升高,并逐渐向大块晶体靠拢。所有纳米团簇在熔化过程中在熔点附近都出现负热容现象,通过对团簇熔化前后结构的比较研,分析了导致这种现象的原因。     

Ti纳米粒子熔化与凝结的原子尺度模拟

本文采用基于嵌入原子势的分子动力学方法模拟研究了不同尺寸Ti纳米粒子在熔化与凝结过程中的原子堆积结构变化.温度变化过程中对Ti纳米粒子中原子平均能量、对分布函数、键对和比热容的计算结果表明,粒子尺寸和温度变化方式对粒子的结构转变具有重要影响.小尺寸Ti粒子更易于形成二十面体构型.随着Ti纳米粒子粒径的增大,室温下粒子趋于保持初始密排六方的堆积结构.升温过程中,大粒径的纳米粒子内出现HCP向BCC的部分结构转变,导致HCP和BCC结构共存现象.大粒径粒子的熔化与体相材料相似,具有一个熔化温度.熔融粒子降温时,纳米粒子内部原子发生熔融态→BCC→HCP堆积结构的转变,且凝结温度较熔化温度滞后.该原子尺度的模拟提供了可用经典理论估算Ti粒子熔化所需能量的临界尺寸.     

Aln(n=13–32)团簇熔化行为的分子动力学模拟研究

基于半经验的Gupta原子间多体相互作用势, 采用分子动力学方法并结合模拟退火及淬火技术, 系统研究了小尺寸铝团簇Al_n (n=13–32)的熔化行为. 模拟结果表明: 除个别尺寸(Al₁₃ 和Al₁₉) 外, 团簇熔化过程比热曲线普遍呈现杂乱无规(无明显单峰)现象, 这与实验观测小Al团簇比热普遍无规的结果完全一致. 通过分析不同温度点上团簇淬火构型的势能分布图给出了小Al团簇比热呈现无规或有规现象的成因. 对于比热无规团簇, 可以利用原子等价指数判断给出团簇熔点, 所得团簇熔点随团簇尺寸的变化趋势与实验观测结果完全一致. 关键词： Gupta势 团簇 分子动力学 熔化     

不同取向下单晶铁纳米线拉伸行为的模拟研究

本文利用分子动力学模拟的方法研究了不同取向、尺寸和温度因素对单晶体心立方铁纳米线的拉伸变形行为的影响.铁纳米线轴向初始取向分别为<001>、<110>、<111>、<102>、<112>,模拟了不同温度(10～700 K)和不同尺寸范围(1.5～5 nm)下的变形机制.研究结果表明取向、尺寸和温度会显著影响单晶体心立方铁纳米线的拉伸变形行为.分子动力学模拟结果表明，直径为2 nm的<001>铁纳米线在300 K的拉伸载荷下，主要通过孪晶的模式发生变形，最后拉伸取向转变为<110>.而在700 K下，<001>铁纳米线的拉伸变形模式由滑移主导.不同初始取向在不同温度和尺寸下其变形机制截然不同，这导致了铁纳米线不同的力学性能.本文系统性地研究了在不同取向下的铁纳米线变形机制随尺寸和温度变化发生的转变.     

五边形截面的Ag纳米线局域表面等离子体共振模式

五边形截面的单晶Ag纳米线对ZnO量子点荧光具有增强的现象. 为解释这一现象, 利用时域有限差分法对五边形截面的Ag纳米线的局域表面等离子体共振模式进行了理论模拟. 结果表明, 五边形截面的Ag纳米线在紫外区域存在两个消光峰, 分别由Ag纳米线的横向偶极共振(340 nm)和四极共振(375 nm)引起; 这两个消光峰与ZnO量子点荧光增强峰相一致, 而且随着Ag纳米线的半径增大而红移; 消光峰对应的共振模式取决于Ag纳米线的截面形状; 根据Ag纳米线电场增强倍数与激发光波长变化关系曲线可知, 最大增强电场位于五边形截面的顶点处, 而边线处电场增强较小. 理论模拟的结果较好地解释了Ag纳米线/ZnO量子点体系的荧光增强现象, 也为Ag纳米线在提高半导体材料发光效率、生物探测等方面的应用提供有益的参考.     

树形结构Si/ZnO纳米线阵列的制备及光学性能

用一种低成本的方法制备出了树形结构Si/ZnO纳米线阵列。首先在室温条件下用金属辅助化学腐蚀法在Si(100)衬底上制备了Si纳米线阵列,Si纳米线的直径尺寸及分布都很均匀,通过改变腐蚀时间,能够得到高度不同的Si纳米线阵列。利用磁控溅射在Si纳米线表面制备一层ZnO薄膜,然后利用水热法在Si纳米线阵列上生长了ZnO纳米线。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和光致发光(PL)测试对样品进行了表征。通过这种方法制备的Si/ZnO复合结构在太阳能电池、光催化等领域有潜在应用价值。     

Horizontal InAs nanowire transistors grown on patterned silicon-on-insulator substrate

High-density horizontal InAs nanowire transistors are fabricated on the interdigital silicon-on-insulator substrate. Hexagonal InAs nanowires are uniformly grown between face-to-face (111) vertical sidewalls of neighboring Si fingers by metal-organic chemical vapor deposition. The density of InAs nanowires is high up to 32 per group of silicon fingers, namely an average of 4 nanowires per micrometer. The electrical characteristics with a higher on/off current ratio of 2×10⁵ are obtained at room temperature. The silicon-based horizontal InAs nanowire transistors are very promising for future high-performance circuits.     

Exciton polaritons confined in a ZnO nanowire cavity

Semiconductor nanowires of high purity and crystallinity hold promise as building blocks for miniaturized optoelectrical devices. Using scanning-excitation single-wire emission spectroscopy, with either a laser or an electron beam as a spatially resolved excitation source, we observe standing-wave exciton polaritons in ZnO nanowires at room temperature. The Rabi splitting between the polariton branches is more than 100 meV. The dispersion curve of the modes in the nanowire is substantially modified due to light-matter interaction. This finding forms a key aspect in understanding subwavelength guiding in these nanowires.     

Fabrication, morphology and structural characterization of ordered single-crystal Ag nanowires

Highly aligned Ag nanowires have been synthesized by dc electrodeposition within a hexagonal close-packed nanochannel anodic aluminum oxide template. The pore diameter varies from 20 nm to 50 nm depending on the anodization voltage and temperature for the two types of aqueous solutions, sulphuric and oxalic acids, respectively. The size and morphology of the Ag nanowire arrays were measured by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The images indicate that the highly aligned Ag nanowires grow in the uniform nanochannels of the anodic alumina template and that the size of the nanowires depends on the size of the nanochannels. X-ray diffraction, selected area electron diffraction pattern and high-resolution transmission electron microscopy images show that the Ag nanowires are single-crystal. The temperature coefficient of resistivity (temperature range from 4.2 K to 300 K) of the Ag nanowire arrays decreases with decreasing diameter of the nanowires. Received: 5 November 2001 / Revised version: 12 March 2002 / Published online: 6 June 2002     

Al纳米线不同晶向力学行为和变形机制的模拟

采用分子动力学模拟计算方法,考察具有较高层错能的Al纳米线沿不同晶向的力学行为和变形机制。在相同计算条件下与具有较低层错能的Ni、Cu、Au和Ag等FCC金属纳米线进行比较。结果表明：在力学行为方面,Al纳米线的弹性模量呈现明显的结构各向异性,满足E_[111] > E_[110] > E_[100]的关系,这一关系在FCC金属纳米线中普遍成立;Al纳米线的屈服应力随晶向呈现σ_y[100] > σ_y[111] > σ_y[110]的关系,这一关系在具有较低层错能的FCC金属纳米线中不具有普遍性,这与体系中位错形成机制密切相关。根据拉伸变形过程微观结构的演变规律,阐明Al纳米线不同晶向的变形机制,并与具有较低层错能的Ni、Cu、Au和Ag等FCC金属纳米线的变形机制进行比较。结果表明,对于尺度较小的高层错能Al纳米线,Schmid因子和广义层错能均难以准确预测其变形机制。     

Growth mechanism studies of ZnO nanowire arrays via hydrothermal method

Well-controlled ZnO nanowire arrays have been synthesized using the hydrothermal method, a low temperature and low cost synthesis method. The process consists of two steps: the ZnO buffer layer deposition on the substrate by spin-coating and the growth of the ZnO nanowire array on the seed layer. We demonstrated that the microstructure and the morphology of the ZnO nanowire arrays can be significantly influenced by the main parameters of the hydrothermal method, such as pH value of the aqueous solution, growth time, and solution temperature during the ZnO nanowire growth. Scanning electron microscopy observations showed that the well oriented and homogeneous ZnO nanowire arrays can be obtained with the optimized synthesis parameters. Both x-ray diffraction spectra and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) observations revealed a preferred orientation of ZnO nanowires toward the c-axis of the hexagonal Wurtzite structure, and HRTEM images also showed an excellent monocrystallinity of the as-grown ZnO nanowires. For a deposition temperature of 90 °C, two growth stages have been identified during the growth process with the rates of 10 and 3 nm/min, respectively, at the beginning and the end of the nanowire growth. The ZnO nanowires obtained with the optimized growth parameters owning a high aspect ratio about 20. We noticed that the starting temperature of seed layer can seriously influence the nanowire growth morphology; two possible growth mechanisms have been proposed for the seed layer dipped in the solution at room temperature and at a high temperature, respectively.     

Ag‐nanoparticle‐modified single Ag nanowire for detection of melamine by surface‐enhanced Raman spectroscopy

Silver nanowires synthesized by a solvothermal method were used as templates for fabricating silver‐nanoparticle‐decorated silver (AgNP/Ag) nanowires. The number density and particle size of Ag nanoparticles can be controlled by varying the concentration of Ag precursor. Single AgNP/Ag nanowire exhibited strong surface‐enhanced Raman scattering effect. Detection of melamine molecules at concentrations as low as 1.0 × 10⁻⁸ M was used as an example to show the possible applications of such AgNP/Ag nanowires. Their application in rapid detection of melamine in milk solution was further demonstrated. It was shown that melamine in milk solution at a low concentration of 5.0 × 10⁻⁸ M can be easily detected with little sample pretreatment. The results demonstrate the potential of single AgNP/Ag nanowire as a surface‐enhanced Raman scattering substrate for convenient and sensitive detection of trace amounts of melamine in a complex mixture. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.