Efectos de tamaño en las propiedades vibracionales de nanopartículas de Níquel

M. NAPAL; A. MALDONADO; R. FACCIO; S. RAMOS DE DEBIAGGI

Montevideo

Congreso; II Reunión Conjunta SUF-AFA; 2011

UNiversidad de la República y Asociación Uruguaya de Física

Las nanoestructuras puentean el gap existente entre un átomo aislado y el bulk en su comportamiento físico y químico. En un nanosólido la mayor porción de átomos subcoordinados en la superficie provoca una gran diferencia en las propiedades estructurales, electrónicas, magnéticas y termodinámicas de las nanoestructruras con respecto de las correspondientes propiedades en el material macroscópico. En particular, en lo que respecta a las propiedades termodinámicas, se ha encontrado, a partir de investigaciones experimentales que la temperatura de Debye de nanopartículas de Pt es mayor que la correspondiente a Pt metálico [1]. Otras investigaciones, sin embargo, han mostrado que ésta temperatura podría ser similar o menor que la correspondiente al sistema macroscópico. Las variaciones de las propiedades termodinámicas, en particular la temperatura de Debye, están íntimamente relacionadas con cambios en las propiedades vibracionales. Con el objeto de estudiar estos aspectos de la termodinámica de nanopartículas (Nps), en este trabajo abordamos, mediante modelado teórico, el estudio de propiedades vibracionales de Nps de niquel, analizando en particular el cambio que éstas experimentan al pasar desde los clusters o pequeños agregados atómicos a los materiales convencionales en volumen. Para el estudio de las propiedades vibracionales que deseamos realizar, utilizamos modelos cuánticos ab-initio para representar las interacciones interatómicas, valiéndonos del código de cálculo Siesta (por Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousands of Atoms), basado en la teoría de la funcional densidad (DFT). Realizamos cálculos con polarización de espín y consideramos la aproximación de gradientes conjugados (GGA) para la correlaci´on e intercambio, utilizando la parametrización de Perdew-Burke-Enzerhof [2]. Los electrones internos (electrones del core) son representados por pseudopotenciales no locales, mientras que los electrones de valencia son descriptos mediante una combinación lineal de orbitales numéricos pseudoatómicos [3]. Los cálculos son a presión externa cero, incluyendo relajaciones iónicas completas. En este trabajo utilizamos el método DFT para calcular la energía y configuración geométrica de equilibrio del sistema. A partir de las configuraciones de equilibrio obtenidas, utilizamos la aproximación armónica para determinar la matriz de constantes de fuerzas, para finalmente obtener las frecuencias de vibración y su correspondiente densidad de estados vibracional. Específicamente se modelaron agregados atómicos pequeños de Ni con 2, 3 y 4 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, con geometrías icosahédricas y cubo-octahédricas; y por último el Ni volumétrico con estructura cristalina FCC. El objetivo principal es determinar la evolución en los espectros vibracionales en relación al tamaño de los clusters y, su comparación final con el bulk. Los resultados obtenidos son analizados y comparados con información teórica y experimental reportada en la literatura.Referencias[1] L. J. Giovanetti, J. M. Ramallo-López, F. G. Requejo, D. I. Garcia-Gutierrez, M. Jose-Yacaman, A. F. Craievich, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 7599-7604.[2] J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77 (1996) 3865.[3] J.M. Soler, E. Artacho, J.D. Gale, A. Garcia, J. Junquera, P. Ordejon, D. Sanchez-Portal, J. Phys. Condens. Matter. 14 (2002) 2745.