Comparative Molecular Dynamics Simulation of Synthesis of Silver Nanoparticles From the Gas Phase

Abstract

Осуществлено сравнительное молекулярно-динамическое моделирование газофазного синтеза наночастиц Ag с использованием двух различных типов многочастичных потенциалов межатомного взаимодействия: потенциала, отвечающего методу погруженного атома, и потенциала сильной связи. Начальная температура в зависимости от эксперимента составляла от 1000 до 3000 K, далее она равномерно понижалась до 77 K, что соответствует температуре жидкого азота. Результаты, полученные с использованием альтернативных силовых полей, согласуются друг с другом, но, вместе с тем, существенно отличаются как по динамике эволюции системы, так и по полученным конечным конфигурациям наночастиц. Увеличение радиуса обрезки потенциала сильной связи значительно изменяет скорость формирования наночастиц. Однако увеличение радиуса обрезки при моделировании с использованием метода погруженного атома не влияет на эволюцию системы. Конфигурации, полученные в результате моделирования с использованием метода погруженного атома, характеризуются меньшим размером и формой, близкой к сферической, тогда как при использовании потенциала сильной связи формируются более крупные нанокристаллы, имеющие вытянутую форму. A comparative molecular dynamics simulation of the gas-phase synthesis of Ag nanoparticles is carried out employing two different types of many-particle potentials of the interatomic interaction: a potential corresponding to the embedded atom method and the tight-binding potential. The initial temperature was varied from 1000 to 3000 K, and then it gradually decreased to 77 K, which corresponded to the temperature of liquid nitrogen. The results obtained using alternative force fields are consistent with each other, but, at the same time, they significantly differ both in the dynamics of evolution of the system and in the obtained final configurations of nanoparticles. Increasing the cutoff radius of the tight binding potential significantly changes the rate of the nanoparticle formation. However, an increase in the cutoff radius when using the embedded atom method does not affect the evolution of the system. The configurations obtained as a result of simulation using the embedded atom method are characterized by a smaller size and a shape close to spherical, while when using the tight binding potential, larger nanocrystals with an elongated shape are formed.