Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2022
Идентификатор DOI: 10.31489/2022Ph2/68-74
Ключевые слова: Iron nanocluster, tetrahedrally tightly packed structures, magnetic properties, темір нанокластері, тетраэдрлік тығыз оралған құрылымдар, магниттік қасиеттері, нанокластер железа, тетраэдрически плотно упакованные структуры, магнитные свойства
Аннотация: The size of iron nanocrystals significantly affects the value of their magnetization. However, an adequate model of the structure of nanocrystalline formations comprising different numbers of iron atoms still does not exist. In this work, spatial models of nanocrystalline iron clusters differing in configuration and the number of tПоказать полностьюheir constituent atoms are constructed. Tetrahedrally close - packed cluster assemblies of iron atoms are taken as the basis for the proposed structures of nanocrystals. The spectra of the density of electronic states for the proposed clusters are constructed using the theory of the electron density functional. The calculation was carried out by the method of scattered waves in accordance with the band theory of crystals. The appearance of magnetization in tetrahedral close - packed cluster formations is associated with excited electronic states of atoms located on the surface of the nanocluster. Excited atoms have an increased electron density, that is, electrons are able to transition to states with higher energy, approaching the Fermi energy. In this case, the Stoner criterion necessary for the occurrence of magnetization is fulfilled. The configurations of electrons with spin up and down differ, which is why uncompensated magnetic moments appear. It is shown that the proposed models of iron nanoclusters are in satisfactory agreement with the known experimental data. Нанокристалдардың мөлшері олардың магниттелу мөлшеріне айтарлықтай әсер етеді. Алайда, әр түрлі темір атомдарынан тұратын нанокристалды түзілімдер құрылымының барабар моделі әлі жоқ. Мақалада конфигурация мен оларды құрайтын атомдардың саны бойынша ерекшеленетін нанокристалды темір кластерлерінің кеңістіктік модельдері жасалған. Нанокристалдардың ұсынылған құрылымдарының негізі темір атомдарының тетраэдрлік тығыз оралған кластерлік жинақтары болып табылады. Ұсынылған кластерлер үшін электронды күй тығыздығының спектрлері электронды тығыздық функционалды теориясын қолдана отырып жасалған. Есептеу кристалдардың аймақтық теориясына сәйкес шашыраңқы толқындар әдісімен жүргізілді. Тетраэдрлік тығыз оралған кластерлік түзілімдерде магниттелудің пайда болуы нанокластың бетінде орналасқан атомдардың қозған электронды күйлерімен байланысты екендігі көрсетілген. Қозған атомдардың электронды тығыздығы жоғарылайды, яғни электрондар Ферми энергиясына жақындаған жоғары энергияға ие күйге ауыса алады. Бұл жағдайда магниттелудің пайда болуы үшін қажет тас өлшемі орындалады. Айналдыру жоғары және төмен электрондардың конфигурациясы әр түрлі, сондықтан өтелмеген магниттік моменттер пайда болады. Ұсынылған темір нанокластарының модельдері белгілі тәжірибелік мәліметтерге қанағаттанарлық түрде сәйкес келетіні көрсетілген. Размер нанокристаллов железа существенно влияет на величину их намагниченности. Однако адекватной модели структуры нанокристаллических образований, состоящих из разного числа атомов железа, до сих пор не существует. В статье построены пространственные модели нанокристаллических кластеров железа, различающихся конфигурацией и количеством составляющих их атомов. За основу предлагаемых структур нанокристаллов взяты тетраэдрически плотно упакованные кластерные сборки атомов железа. Спектры плотности электронных состояний для предлагаемых кластеров построены с использованием теории функционала электронной плотности. Расчет проводился методом рассеянных волн в соответствии с зонной теорией кристаллов. Показано, что появление намагниченности в тетраэдрических плотноупакованных кластерных образованиях связано с возбужденными электронными состояниями атомов, расположенных на поверхности нанокластера. Возбужденные атомы имеют повышенную электронную плотность, то есть электроны способны переходить в состояния с более высокой энергией, приближающейся к энергии Ферми. В этом случае выполняется критерий Стоунера, необходимый для возникновения намагниченности. Конфигурации электронов со спином вверх и вниз различаются, поэтому возникают некомпенсированные магнитные моменты. Показано, что предложенные модели нанокластеров железа удовлетворительно согласуются с известными экспериментальными данными.
Журнал: Вестник Карагандинского университета. Cерия: Физика
Выпуск журнала: №2
Номера страниц: 68-74
ISSN журнала: 25187198
Место издания: Караганда
Издатель: Карагандинский университет им. акад. Е.А. Букетова