najoNanosystems: Physics, Chemistry, MathematicsНаносистемы: физика, химия, математика2220-80542305-7971Университет ИТМОnajo-1147Research ArticlePHYSICSФИЗИКАThermal expansion coefficient for copper nanoclusters by molecular-dynamic methodМолекулярно-динамический расчет коэффициента теплового расширения для нанокластеров медиГоловневаЕ. И.GolovnevaE. I

Senior staff scientist, Doctor

Novosibirsk

elena@itam.nsc.ruГоловневИ. Ф.GolovnevI. F.

Senior staff scientist, Doctor

Novosibirsk

golovnev@itam.nsc.ruФоминВ. М.FominV. M.

Director, Academician of RAS

Novosibirsk

fomin@itam.nsc.ruУчреждение Российской академии наук Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича Сибирского отделения РАНSiberian Branch of Russian Academy of Sciences Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics201119082025237178Copyright © Golovneva E.I., Golovnev I.F., Fomin V.M., 20252025Головнева Е.И., Головнев И.Ф., Фомин В.М.Golovneva E.I., Golovnev I.F., Fomin V.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nanojournal.ifmo.ru/jour/article/view/1147

In the work it is carried out the molecular-dynamic research of thermal expansion linear coefficient (TLC) for copper nanoclusters of spherical and cubic shapes in the wide range of size. To this purposes the heating of nanocluster was carried out by stochastic forces method. The calculation of number of characteristics was made in certain time steps number. In particularly it were computed the linear sizes of nanostructeure under investigation, its volume, the system temperature. Further the magnitudes of TLC were obtained by known expressions with the help of interpolation; the TLC dependences on nanostructure size were plotted. It was shown that the TLC depends on both nanostructure size and nanostructure shape.

В работе проведено молекулярно-динамическое исследование коэффициента теплового расширения (ктр) нанокластеров меди сферической и кубической формы в широком диапазоне размеров. Для этого был проведен нагрев нанокластера методом стохастических сил. При этом через определенное число шагов по времени проводился расчет ряда характеристик, в том числе найдены линейные размеры исследуемой наноструктуры, ее объем и температура. Далее были найдены значения ктр, построены его зависимости от размера и формы наностуктуры. Показано, что коэффициент теплового расширения зависит от размера наноструктуры и с увеличением размера приближается к экспериментальному значению для макрообразцов.

молекулярно-динамическое моделированиемедный нанокластеркоэффициент теплового расширенияMolecular dynamic modelingcopper nanoclusterthermal expansion coefficientРабота выполнена при поддержке интеграционного проекта ОЭММПУ РАН № 13 «Трибологические и прочностные свойства структурированных материалов и поверхностных слоев».ReferencesSekkal W., Bouhafs B., Aourag H., Certier M. Molecular-dynamics simulation of structural and thermodynamic properties of boron nitrid // J. Phys. Condens. Matter. — 1998. — V. 10. — P. 4975–4984.Sekkal W., Bouhafs B., Aourag H., Certier M. Molecular-dynamics simulation of structural and thermodynamic properties of boron nitrid // J. Phys. Condens. Matter. — 1998. — V. 10. — P. 4975–4984.Moon Won Ha, Hwang Ho Jung. Structural and thermodynamical properties of GaN: a molecular dynamics simulation // Physics Letters A. — 2003. — V. 315. — P. 319–324.Moon Won Ha, Hwang Ho Jung. Structural and thermodynamical properties of GaN: a molecular dynamics simulation // Physics Letters A. — 2003. — V. 315. — P. 319–324.Berroukche A., Soudini B., Amara K. Molecular dynamics simulation study of structural, elastic and thermodynamic properties of tin below 286 K // Int. J. Nanoelectronics and Materials. — 2008. — V. 1. — P. 41–51.Berroukche A., Soudini B., Amara K. Molecular dynamics simulation study of structural, elastic and thermodynamic properties of tin below 286 K // Int. J. Nanoelectronics and Materials. — 2008. — V. 1. — P. 41–51.Губернаторов В.В., Сычева Т.С., Романов Е.П., Владимиров Л.Р. Роль теплового расширения фаз в процессе кристаллизации и рекристаллизации металлов // Докл. акад. наук. — 2007. — T. 413, № 1. — C. 41–44.Губернаторов В.В., Сычева Т.С., Романов Е.П., Владимиров Л.Р. Роль теплового расширения фаз в процессе кристаллизации и рекристаллизации металлов // Докл. акад. наук. — 2007. — T. 413, № 1. — C. 41–44.Гельд П.В., Сидоренко Ф.А. Силициды переходных металлов четвертого периода. — М.: Металлургия, 1971. — 582 с.Гельд П.В., Сидоренко Ф.А. Силициды переходных металлов четвертого периода. — М.: Металлургия, 1971. — 582 с.Foiles S.M. Calculation of the surface segregation of Ni-Cu alloys with the use of the embedded-atom method // Phys. Rev. B.. — 1985. — V. 32. — P. 7685–7693.Foiles S.M. Calculation of the surface segregation of Ni-Cu alloys with the use of the embedded-atom method // Phys. Rev. B.. — 1985. — V. 32. — P. 7685–7693.Foiles S.M., Baskes M.I., Daw M.S. Embedded-atom method functions for the fcc metals Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, and their alloys // Phys. Rev. B. — 1986. — V. 33. — P. 7983–7991.Foiles S.M., Baskes M.I., Daw M.S. Embedded-atom method functions for the fcc metals Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, and their alloys // Phys. Rev. B. — 1986. — V. 33. — P. 7983–7991.Rose J.H., Smith J.R., Guinea F., Ferrante J. Universal features of the equation of state of metals // Phys. Rev. B. — 1984. — V. 29. — P. 2963–2969.Rose J.H., Smith J.R., Guinea F., Ferrante J. Universal features of the equation of state of metals // Phys. Rev. B. — 1984. — V. 29. — P. 2963–2969.Garrison B.J., Srivastava D. Potential energy surfaces for chemical reactions at solid surfaces // Annu. Rev. Phys. Chem. — 1995. — V. 46. — P. 373-394.Garrison B.J., Srivastava D. Potential energy surfaces for chemical reactions at solid surfaces // Annu. Rev. Phys. Chem. — 1995. — V. 46. — P. 373-394.Jacobsen K.W., Norskov J.K., Puska M.J. Interatomic interactions in the effective-medium theory // Phys. Rev. B. — 1987. — V. 35. — P. 7423–7442.Jacobsen K.W., Norskov J.K., Puska M.J. Interatomic interactions in the effective-medium theory // Phys. Rev. B. — 1987. — V. 35. — P. 7423–7442.Voter A.F. Embedded Atom Method Potentials for Seven FCC Metals: Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, and Al. Los Alamos Unclassified Technical Report // LA-UR-93-3901, 1993. — 9 p.Voter A.F. Embedded Atom Method Potentials for Seven FCC Metals: Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, and Al. Los Alamos Unclassified Technical Report // LA-UR-93-3901, 1993. — 9 p.Allen M.P., Tildesley D.J. Computer simulation of liquids. — Oxford, N.Y.: Clarendon Press, 1987. — 385 p.Allen M.P., Tildesley D.J. Computer simulation of liquids. — Oxford, N.Y.: Clarendon Press, 1987. — 385 p.Golovnev I.F., Golovneva E.I., Fomin V.M. Simulation of quasi-static processes in the crystals by molecular dynamics method // Physical mesomehanics. — 2003. — V. 6, № 5-6. — P. 41–45.Golovnev I.F., Golovneva E.I., Fomin V.M. Simulation of quasi-static processes in the crystals by molecular dynamics method // Physical mesomehanics. — 2003. — V. 6, № 5-6. — P. 41–45.Bolesta A.V., Golovnev I.F., Fomin V.M. Contact melting of nickel cluster at collision with rigid wall // Physical mesomehanics. — 2001. — V. 4, № 1. — P. 5–10.Bolesta A.V., Golovnev I.F., Fomin V.M. Contact melting of nickel cluster at collision with rigid wall // Physical mesomehanics. — 2001. — V. 4, № 1. — P. 5–10.Колмогоров А.Н. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Наука, 1986. — 534 с.Колмогоров А.Н. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Наука, 1986. — 534 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.