INVESTIGADORES
RAMOS Susana Beatriz
congresos y reuniones científicas
Título:
Estudio Ab Initio de propiedades vibracionales de clusters de Niquel: efectos de tamañoo
Autor/es:
A. MALDONADO; M. NAPAL; R. FACCIO; S. RAMOS DE DEBIAGGI
Lugar:
Villa Carlos Paz
Reunión:
Congreso; 97a Reunión Nacional de Física de la Asociación Física Argentina; 2012
Institución organizadora:
Asociación Física Argentina
Resumen:
El interés en el estudio de propiedades de clusters o nanopartículas (NPs) de metales de transición está basado en sus numerososas aplicaciones, muchas de las cuales están relacionadas al fenómeno de catálisis. Las NPs poseen propiedades únicas en su comportamiento físico y químico que en general difieren de las de un átomo aislado y el material volumétrico convencional. La mayor proporción de átomos subcoordinados en la superficie provoca una gran diferencia en las propiedades estructurales, electrónicas, magnéticas y termodinámicas de las NPs con respecto de las correspondientes propiedades del material macroscópico. Por ejemplo, en lo que respecta a las propiedades termodinámicas, se ha encontrado experimentalmente que la temperatura de Debye de nanopartículas de Pt de 3nm de diámetro promedio es mayor que la correspondiente a Pt metálico [1]. Sin embargo, otros trabajos muestran que esta temperatura podría ser similar o menor que la correspondiente al sistema macroscópico [2]. Las variaciones de las propiedades termodinámicas, en particular la temperatura de Debye, están íntimamente relacionadas con cambios en las propiedades vibracionales. En este trabajo comenzamos a investigar estos aspectos de la termodinámica de NPs utilizando metologías de cálculo ab initio para determinar específicamente los espectros vibracionales de NPs de níquel, analizando en particular el cambio que éstas experimentan al pasar desde los clusters o pequeños agregados atómicos a los materiales convencionales en volumen. Utilizamos métodos cuánticos ab initio basados en la teoría de la funcional densidad (DFT) para representar las interacciones interatómicas, de acuerdo a distintas implementaciones realizados a través de los códigos de cálculo: SIESTA (por Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousands of Atoms) [3], Vasp (Vienna Ab initio Simulation Package) [4] y Gaussian [5]. Realizamos cálculos con polarización de spín y consideramos la aproximación de gradientes conjugados (GGA) para la correlación e intercambio. Tanto en SIESTA como en Vasp los electrones internos (electrones del core) son representados por pseudopotenciales no locales, mientras que los electrones de valencia son descriptos, en SIESTA, mediante una combinación lineal de orbitales numéricos pseudoatómicos, y en Vasp a través de una base de ondas planas. Por otro lado, el código Gaussian realiza un cálculo con todos los electrones (all electron) y una base de ondas atómicas Gaussianas. Los cálculos son a presión externa cero, incluyendo relajaciones iónicas completas. Para cada nanopartícula analizada se determina la configuración geométrica de equilibrio del sistema, las energías de cohesión considerando distintos isómeros posibles y distintos estados de polarización de spín. Los estados fundamentales de spín y los isómeros de más baja energía son identificados para cada tamaño del cluster. A partir de las configuraciones de equilibrio obtenidas, determinamos el espectro vibracional del sistema a través de la diagonalización de la matriz de constantes de fuerza obtenida mediante la aproximación armónica. Específicamente se modelaron agregados atómicos pequeños de Ni con 2-6 átomos, partiendo de distintas configuraciones geométricas propuestas en la literatura para describir los estados fundamentales de equilibrio. Consideramos además clusters de 13 y 55 átomos, analizando la estabilidad relativa entre clusters con geometrías icosahédricas y cubo-octahédricas; y por último el Ni volumétrico con estructura cristalina fcc. El objetivo principal es determinar la evolución de los espectros vibracionales con el tamaño de los clusters y su comparación final con el material macroscópico. Analizamos y comparamos los resultados obtenidos mediante las distintas metodologías de cálculo utilizadas, contrastando a su vez con información teórica y experimental reportada en la literatura.Referencias: [1] L.J. Giovanetti et al., J. Phys. Chem. C 2007, 111, 7599; [2] G.E.J. Koops et al., Phys. Rev. B 1994, 70, 235410; [3] J.M. Soler et al., J. Phys. Condens. Matter. 14 (2002) 2745; [4] G. Kresse, J. Furthmüller, Comput. Mater. Sci. 6 (1996) 15; [5] M. J. Frisch et al. , Gaussian 09, Revision A.1, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2009;