COMPLEX APPROACH TO THE SIMULATION OF MELTING AND CRYSTALLIZATION IN FIVE-COMPONENT METALLIC NANOPARTICLES: MOLECULAR DYNAMICS AND THE MONTE CARLO METHOD

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The melting and crystallization phase transitions in the five-component metallic Au-Ag-Cu-Pd-Pt equiatomic nanosystem were investigated. The complex approach to atomistic modeling is due to the use of alternative methods of computer simulation - the molecular dynamics and Monte Carlo methods. The interatomic interactions were described by the tight-binding potential. According to the results of a series of computer experiments, it was established that five-component nanoparticles of equiatomic composition can form crystalline phases during cooling. Melting and crystallization temperatures for the investigated five-component nanoparticles were determined. The values obtained by alternative methods are in good agreement. For five-component nanoparticles, the concept of fixing the temperatures corresponding to the beginning and end of the phase transition process is confirmed. The metals that make up five-component nanoparticles, the atoms of which in the process of crystallization form the central part of the nanoparticle (core) and the peripheral regions, including the surface of the nanoparticle, are determined.

About the authors

Nickolay Yu. Sdobnyakov

Tver State University

Email: nsdobnyakov@mail.RUS
Tver, Russia

Andrei Yu. Kolosov

Tver State University

Tver, Russia

Denis N. Sokolov

Tver State University

Tver, Russia

Kseniya G. Savina

Tver State University

Tver, Russia

Anatolii N. Bazulev

Tver State University

Tver, Russia

Sergey A. Veresov

Tver State University

Tver, Russia

Sergei V. Serov

Tver State University

Tver, Russia

References

  1. Шайсултанов, Д.Г. Структура и механические свойства высокоэнтропийных сплавов системы CoCrFeNiX (X=Mn, V, Mn и V, Al и Cu): дисс.... канд. техн. наук: 05.16.01 / Шайсултанов Дмитрий Георгиевич. - Белгород: УрФУ, 2015. - 142 с.
  2. Рогачев, А.С. Структура, стабильность и свойства высокоэнтропийных сплавов / А.С. Рогачев // Физика металлов и металловедение. - 2020. - Т. 121. - № 8. - С. 807-841. doi: 10.31857/S0015323020080094.
  3. Poliakov, M. Amorphous/nanocrystalline high-entropy CoCrFeNiTix thin films with low thermal coefficient of resistivity obtained via magnetron deposition / M. Poliakov, D. Kovalev, S. Vadchenko et al. // Nanomaterials. - 2023. - V. 13. - I. 13. - Art. № 2004. - 15 p. doi: 10.3390/nano13132004.
  4. Barbero, A. Synthesis and structural properties of high-entropy nanoalloys made by physical and chemical routes / A. Barbero, C.M. Da Silva, N.O. Pena et al. // Faraday Discussions. - 2023. - V. 242. - P. 129-143. doi: 10.1039/D2FD00118G.
  5. Ryltsev, R.E. Deep machine learning potentials for multicomponent metallic melts: Development, predictability and compositional transferability / R.E. Ryltsev, N.M. Chtchelkatchev // Journal of Molecular Liquids. - 2022. -V. 349. - Art. № 118181. doi: 10.1016/j.molliq.2021.118181.
  6. Balyakin, I.A. Ab initio molecular dynamics and high-dimensional neural network potential study of VZrNbHfTa melt / I.A. Balyakin, A.A. Yuryev, B.R. Gelchinski, A.A. Rempel // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2020. - V. 32. - № 21. - Art. № 214006. - 15 p. doi: 10.1088/1361-648X/ab6f87.
  7. Балякин, И.А. Атомистический расчет температуры плавления высокоэнтропийного сплава Кантора CoCrFeMnNi / И.А. Балякин, А.А. Ремпель // Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах. - 2022. - Т. 502. - C. 71-78. doi: 10.31857/S2686953522010046.
  8. Cleri, F. Tight-binding potentials for transition metals and alloys / F. Cleri, V. Rosato // Physical Review B.- 1993. - V. 48. - I. 1. - Р. 22-33. doi: 10.1103/PhysRevB.48.22.
  9. Paz Borbón, L.O. Computational studies of transition metal nanoalloys / L.O. Paz Borbón // Doctoral Thesis accepted by University of Birmingham, United Kingdom. - Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2011.- 155 p. doi: 10.1007/978-3-642-18012-5.
  10. Bogdanov, S. Molecular dynamics simulation of the formation of bimetallic core-shell nanostructures with binary Ni-Al nanoparticle quenching / S. Bogdanov, V. Samsonov, N. Sdobnyakov et al. // Journal of Materials Science. - 2022. - V. 57. - I. 28. - P. 13467-13480. doi: 10.1007/s10853-022-07476-2.
  11. Мясниченко, В.С. Моделирование процессов структурообразования в биметаллических наносплавах различного состава / В.С. Мясниченко, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2017. - Вып. 9. - С. 323-329. doi: 10.26456/pcascnn/2017.9.323.
  12. Stukowski, A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO - the open visualization tool / A. Stukowski // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. - 2010. - V. 18. - I. 1.- P. 015012-1-015012-7. doi: 10.1088/0965-0393/18/1/015012.
  13. Сдобняков, Н.Ю. Моделирование процессов коалесценции и спекания в моно- и биметаллических наносистемах. Монография / Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, С.С. Богданов. - Тверь: Издательство Тверского государственного университета, 2021. - 168 с. doi: 10.26456/skb.2021.168.
  14. Самсонов, В.М. О фазовых переходах первого рода в кластерах никеля / В.М. Самсонов, А.Г. Бембель, О.В. Шакуло // Вестник ТвГУ. Серия: Физика. - 2011. - Вып. 13. - С. 82-93.
  15. Вересов, С.А. К вопросу изучения процессов структурообразования в четырехкомпонентных наночастицах / С.А. Вересов, К.Г. Савина, А.Д. Веселов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - Вып. 14. - С. 371-382. doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.371.
  16. Свидетельство № 2019661915 Российская Федерация. Metropolis / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, П.М. Ершов, С.С. Богданов; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет". - № 2019660847; заявл. 30.08.2019; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 11.09.2019. - 1 с.
  17. Sdobnyakov, N.Yu. Simulation of phase transformations in titanium nanoalloy at different cooling rates / N.Yu. Sdobnyakov, V.S. Myasnichenko, C.-H. San et al. // Materials Chemistry and Physics. - 2019. - V. 238.- Art. № 121895. - 9 p. doi: 10.1016/j.matchemphys.2019.121895.
  18. Daw, M.S. Embedded-atom method: Derivation and application to impurities, surfaces, and other defects in metals / M.S. Daw, M.I. Baskes // Physical Review B. - 1984. - V. 29. - I. 12. - P. 6443-6453. doi: 10.1103/PhysRevB.29.6443.
  19. Samsonov, V.M. On surface pre-melting of metallic nanoparticles: molecular dynamics study / V.M. Samsonov, I.V. Talyzin, S.A. Vasilyev et al. // Journal of Nanoparticle Research. - 2023. - V. 25. - I. 6. - Art. № 105. - 15 p. doi: 10.1007/s11051-023-05743-0.
  20. Suliz, K.V. Control of cluster coalescence during formation of bimetallic nanoparticles and nanoalloys obtained via electric explosion of two wires / K.V. Suliz, A.Yu. Kolosov, V.S. Myasnichenko et al. // Advanced Powder Technology. - 2022. - V. 33. - I. 3. - Art. № 103518. - 15 p. doi: 10.1016/j.apt.2022.103518.
  21. Талызин, И.В. Идентификация сложных наноструктур ядро-оболочка по радиальным распределениям локальной плотности компонентов / И.В. Талызин, С.С. Богданов, В.М. Самсонови др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - Вып. 14.- С. 307-320. doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.307.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).