분자동역학을 이용한 Ag-Pd bimetallic nanocluster의 고액상변화 구간에 관한 연구

Abstract

Quantum Sutton-Chen(Q-SC) many-body potential을 이용한 분자동역학 전산모사를 이용하여 Ag-Pd bimetallic nanocluster의 고액상변화 구간을 찾는, 효과적이고 편리한 방법을 연구하였다. 추가적으로 에너지를 공급하기 위해, microcanonical ensemble(NVE) 조건에서 Ag와 Pd cluster를 다양한 속도를 주어 충돌시켰다. 충돌 속도의 크기에 따라 충돌 후, 몇몇 다른 거동들이 관찰되었다. NVE 조건에서 충돌 속도에 의해 공급된 에너지와 cluster의 표면 에너지 감소로 인한 여분의 에너지가 cluster의 온도를 증가시킨다. 이러한 annealing 효과는 원자들의 확산을 가속화시켜 coalescence 시간을 단축시키고, 충돌 후 합쳐진 cluster의 구조 변화를 유도하여 결국 녹게 한다. 우리는 다양한 조성에서(0, 10, 20, … , 90, 100 at.%Pd), 표면에 있는 원자들의 배열이 불규칙해지기 시작하는 온도와 내부까지 완전히 녹는 온도를, caloric curve를 그려보고 또, bond order parameter 방법을 이용하여 찾았다. 또한 이를 이용해 Ag-Pd bimetallic nanocluster의 완전한 고용체(solid-solution) 형태의 binary phase diagram을 얻을 수 있었다. 우리는 이러한 분자동역학 전산모사 과정을 다른 크기의 cluster, 402개, 762개, 2094개의 원자들로 구성된 Ag-Pd bimetallic nanocluster에 대해서 실시하고, 각각의 phase diagram을 얻었다. 또한 이를 bulk 재료의 phase diagram과 비교해보았다. 그 결과, 모든 조성에서 nanocluster의 고액상변화 구간은 bulk 상태일 때보다 낮았고, "nano"의 성질을 잘 반영하여 cluster의 크기가 작아짐에 따라 온도 구간이 낮아졌다.