Диссертация (1104967), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Из-за слабой связи между атомами Ag межатомное расстояние Ag-Ag прирастяжении контакта быстро увеличивается, что и приводит к разрыву цепи контакта AuAg-Ag на связи Ag-Ag. Электронная плотность в цепи контакта Au-Ag-Ag распределенанеравномерно, что приводит к неравномерному распределению сил связи, а, следовательно,и межатомных расстояний в цепи.Расстояние между атомами золота и серебра при этом возрастает медленнее, чем вAg-Au-Ag, что обеспечивает несколько большую область существования контакта вконфигурации Au-Ag-Ag, чем в конфигурации Ag-Au-Ag.Для конфигурации Co-Au-Co электронная плотность, сосредоточенная междуатомами золота и кобальта (рис.3.4, г)) больше, чем между атомами золота в чистомзолотом НК (рис.3.4,a)).

Это объясняет повышенную прочность смешанных Co-Au НК. Изза сильного взаимодействия между атомами Co с атомами электродов, атомы Co сильнопритягиваются к поверхности электрода, что обеспечивает более быстрое наступлениеразрыва по сравнению с другими исследованными НК данной конфигурации.

Этообъясняет уменьшение диапазона межатомных расстояний, допускающих существованиесмешанных Co-Au НК, по сравнению с чистым золотым.Исследование распределения электронной плотности для конфигурации Au-Co-Co(рис.3.4,д)) показало, что наибольшая электронная плотность сосредоточена междуатомами Co и по этой причине разрыв такой конфигурации происходит между атомамикобальта и золота.Таким образомпроведенных исследований установлено влияние компонентногосостава НК на силу разрыва и соответствующие межатомные расстояния.

Показанавзаимосвязь между структурными и электронными свойствами смешанных НК.92а)б)в)г)д)Рис. 3.4. Распределение электронной плотности перед разрывом для трёх-атомных НК: Au-Ag-Ag, d=9.85Å(a),Ag-Au-Ag, d=9.83 Å (б), Au-Co-Co, d=8.59Å (в), Co-Au-Co, d =8.58Å (г), Au-Au-Au, d=9.46 Å (д).Обнаружено образование устойчивых связей между атомами разных элементов в цепиконтакта, позволяющее объяснить причину стабилизации при больших значенияхмежатомных расстояний и увеличение его прочности. Установлено, что в смешанных НКдобавление атомов Co увеличивает прочность контакта по сравнению с чистым золотым(увеличивается значение силы, необходимой для разрыва НК), а добавление атомов Agприводит к увеличению диапазона межатомных расстояний, при которых возможносуществование смешанного НК).Кроме того было проведено исследование конфигурации Au-Co-Au (рис.3.5.) На рис.3.5 представлено схематическое представление исследуемой конфигурации(атом кобальтарасположен в центре цепи НК).

Результаты исследования данной конфигурации требуютболее подробного рассмотрения.Рис. 3.5. Схематическое представление конфигурации Au-Co-Au НК.93На рис.3.6, кривая 1 представлена зависимость полной энергии от расстояния междуэлектродами для конфигурации Au-Co-Au. Из рис.3.6, видно, что такая конфигурацияявляется более выгодной энергетически, чем золотой НК (рис.3.6, кривая 2), а,следовательно, является более стабильной. При это для системы Au-Co-Au переход излинейной в конфигурацию «зиг-заг» наступает при расстояниях между электродами 8.92Å,при этом расстояние между атомами Au и Co равно 2.42Å, а расстояние между крайниматомом Au и поверхностью электрода составляет 1.8Å.Рис.

3.6. Зависимость полной энергии от расстояния между электродами НК: Au-Co-Au (1), Au-Au-Au (2).Минимум полной энергии системы приходится на расстояние 8.5 Å (рис.3.6, кривая2). Конфигурация Au-Co-Au существует в области от 8.31Å до 8.92Å -в конфигурации «зигзаг», в области от 8.92Å до 10.56Å в виде линейного трёхатомного смешанного контакта(рис.3.7, а)), а на расстояниях больше 10.56 Å происходит вытягивание атомов золота изэлектродов и образование стабильных (по сравнению с чистыми золотыми НК)биметаллических 5-ти атомных НК (рис.3.7, б)).

Эти результаты находятся в хорошемсоответствии с экспериментальной работой [16], в которой было обнаружено, что прирастяжении чистого золотого НК с поверхностью электродов (111) происходит удлинениецепи контакта посредствам вытягивания атома Au из поверхности электродов. Ноповерхность (111), обладает более низкой симметрией, чем поверхность (100). Поэтомуинтерес представляют исследования НК на поверхности (100). Проведенные нами такиеисследования показали, что в НК Au-Co-Au для поверхности (100) отрыв атома золота отповерхности электрода атомами цепи НК при расстоянии между электродами 9.26Å и перед94началом разрыва НК (на расстоянии 10.3Å между электродами), однако силы связиоказались недостаточны, чтобы вытянуть атом из электрода, ввиду высокой симметрииповерхности.

Исследование геометрии смешанного НК показало, что благодаря сильномувзаимодействию между атомами Au и Co (в сравнении с чистым золотым контактом) всмешанном контакте возможно вытягивание атомов с поверхности электрода даже длявысоко симметричной поверхности (100).а)б)Рис. 3.7. Схематическое представление Au-Co-Au НК: до вытягивания атомов Au из поверхности электрода(а) и в процессе вытягивания атомов Au из электрода (б).3.1.4 Исследование структурной устойчивости биметаллическихнанопроводов.Представленные выше результаты исследований НК послужили основой дляпроведения теоретического исследования квантовых свойств других биметаллических(смешанных) НП и первую очередь состоящих из атомов ряда 3d- и 5d- металлов.Результаты исследования атомной структуры смешанных проводов, состоящих избазовых (Pd, Pt, Au) показало, что при сжатии происходит переход провода из линейнойконфигурации в зигзаговую конфигурацию.

Следует отметить, что среднее межатомноерасстояние для перехода смешанного провода в зигзаговую конфигурацию соответствуетмежатомному расстоянию перехода в зигзаговую конфигурацию однокомпонентныхпроводов базовых элементов (Pd, Pt, Au) и практически не изменяется при смене второгокомпонента провода (Co, Fe, Ni). При сильном сжатии смешанного НП до среднихмежатомных расстояний, меньших 2.0Å, смешанный провод переходит в систему двухвзаимодействующих однокомпонентных НП.95Для анализа эффективности смешения атомов в магнитных смешанных проводах(процесс встраивания атома магнитного металла в структуру провода) были вычисленызначения энергии формирования одномерного двухкомпонентного смешения.рассчитана энергия формирования (Была) для одномерного смешанного НП приразличных значениях среднего межатомного расстояния (r) по преобразованной формулеМиедема, предложенной в работе [109] для трехмерных сплавов:(- где)(3.2)- полная энергия однокомпонентного нанопровода из атомов магнитногометалла (Fe,Co,Ni);- полная энергия однокомпонентного нанопровода из атомовосновного элемента (Pd, Pt, Au);- полная энергия смешанного НП.) -этоэнергия, необходимая для встраивания одного элемента в другой.На рис.3.8 представленырассчитанные зависимостиот среднегомежатомного расстояния для всех рассмотренных конфигураций смешанных НП.

Из рис.3.8 видно, чтозависит от величины среднего межатомного расстояния, геометриипровода и его компонентного состава. Из рис. 3.8, a) видно, что в линейных растянутыхсмешанных НП с платиной в качестве базового элемента значениепрактически независит от среднего межатомного расстояния в области существования линейного проводадо момента перехода провода в зигзаговую конфигурацию.При дальнейшем уменьшении межатомного расстояния в проводе происходит егопереход в зигзаговую конфигурацию, а значение энергии формирования уменьшается на ~1эВ для всех рассмотренных конфигураций НП (Pt-Ni, Pt-Co, Pt-Fe). Минимальное значениедостигается при переходе провода в систему двух линейных взаимодействующиходнокомпонентныхНПпридальнейшемуменьшениимежатомныхрасстояний.Установленную зависимость энергии формирования от геометрии провода и величинысреднего межатомного расстояния можно объяснить строением атомных орбиталей.

Влинейном проводе взаимодействие атомов приводит к формированию гибридной s-dz2орбитали σ типа.При переходе провода в зигзаговую конфигурацию в нем исчезает аксиальнаясимметрия, в результате чего порядок симметрии системы понижается. Связь междуатомамив сжатом проводе осуществляется за счет гибридизации dxz-dyz орбиталей ипоследующего формирования гибридной орбитали π- типа.

При этом результаты расчетовпоказывают, что наиболее выгодным является формирование смешанных НП в зигзаговой96конфигурации. Как показали исследования, компонентный состав провода влияет навеличину. При этом максимальные значения энергии формирования соответствуютсмешанному проводу Pt-Fe (рис.3.8, а), кривая 3), т.е. формирование смешанных Pt-Fe НПявляется наиболее выгодным энергетически.Расчеты показывают, что наименее выгодным является формирование смешанных НПс атомами Ni в качестве второго компонента, для которыхпринимает минимальныезначения (рис. 3.8).

Более того, в линейном растянутом Pt-Ni нанопроводе (рис. 3.8,а),кривая 1)) энергия формирования изменяет знак и принимает положительное значение.Несмотря на то, что при сжатии провода и его переходе в загзаговую конфигурациюпонижается и приобретает отрицательное значение, её абсолютная величина меньшеPt-Co и Pt-Fe НП (рис.

3.8, a)).Для смешанных НП с базовыми элементами Au (рис. 3.8, б)) и Pd (рис. 3.8, в))наблюдаются аналогичные зависимостиэтомот среднего межатомного расстояния. Прилинейного Pd-Ni провода также изменяет знак. В Au-Ni НП энергияформирования также имеет наименьшее значение из всех рассмотренных смешанных НП сзолотом в качестве основного компонента (рис.

Характеристики

Список файлов диссертации