Trios av volframatomer påverkas i hög grad i deras migration över vildmarken av en liten partikel av partikelns form, enligt ett team av experter, inklusive Pacific Northwest National Laboratorys Dr Fei Gao. Teamet i USA och Kina utförde komplexa beräkningssimuleringar för att fastställa energin som är involverad i migreringen av volframkluster. De fann att 3 till 4 adatom, eller ytatom, kluster föredrar att bilda tättpackade öar. Omorienteringen är den dominerande migrationsmekanismen för dimeren, medan nettomigreringen av lagerkluster kan åstadkommas genom dimerskjuvning, samordnade rörelse- och rotationsmekanismer.
Forskningen lyftes fram på omslaget till European Physical Journal B i mars 2011 tillsammans med den sakkunniga granskade artikeln:"Tungsten Clusters Migration on Nanopartiklar:A Dimer Method Study."
Efterfrågan på miniatyrisering av elektroniska enheter kommer att gynnas av en mer djupgående förståelse för nanostrukturerade material. Volfram har unika egenskaper som hög densitet, hårdhet, smält temperatur, elasticitet och konduktivitet, tillsammans med låg termisk expansion. Dessa unika egenskaper och nanometerstora partiklar kan användas för att lagra och ordna elektroner för användning av halvledare, ger ingenjörer ett material med lägre resistans och förbättrad konduktivitet.
Använda superdatorer i Environmental Molecular Sciences Laboratory, forskargruppen utförde de beräkningar som var nödvändiga för att söka efter möjliga övergångstillstånd och migrationsvägar för volframkluster på nanopartiklar av volfram, och motsvarande migrationsenergier för dessa klusters möjliga migrationsvägar.
Volframkluster med upp till fyra adatomer har visat sig föredra 2D-kompakta strukturer med relativt låga bindningsenergier. Teamet fastställde att effekten av gränssnitt och vertexregioner på migrationsbeteendet hos klustren är signifikant stark jämfört med nanopartikelstorleken.
Migrationsmekanismer är mycket olika när klustren är placerade i mitten av nanopartikeln och nära gränsytan eller vertexområdena. Nära gränssnitten och vertexområdena tenderar substratatomerna att delta i klustrens migrationsprocesser, och kan sammanfoga adatomerna för att bilda ett större kluster eller leda till att ett kluster dissocieras via utbytesmekanismen, vilket resulterar i att adatomen korsar fasetterna.
De beräknade energibarriärerna för trimererna tyder på att den samordnade migrationen är mer sannolik än den successiva hoppningen av en enda adatom i klustren.
Den flerskaliga beräkningsmetoden, allt från ab initio beräkning till långtidsdynamikmetod, kommer att användas ytterligare för att studera strukturell utveckling av nanometerstora metallkluster med ökande storlek och fasomvandling av dessa metallkluster. Dessa studier kommer att ge betydande insikter om katalysatorer i nanoskala, sensorer och elektrokroma applikationer som smart glas där ljus- eller värmeöverföringsegenskaper hos glaset ändras genom att spänningen påläggs.
