Silver clusters and nanoalloys

Abstract

The focus of this thesis is on determination of putative global minimum structures of silver clusters, and copper-silver and nickel-silver bimetallic clusters by using a combination of embedded atom method and basin-hopping algorithm. Global minima of silver clusters with N=2 to 100 atoms are based on icosahedra, polyicosahedra, fcc-truncated octahedra, and decahedra. The set of magic sizes and structural motifs of Ag clusters suggest an icosahedral growth pattern based on a combination of MIC/Mackay and TIC/Polyicosahedral growth. For Cu_mAg_n and Ni_mAg_n clusters, with N = m+n from 2 to 60, global minima are mainly icosahedron and polyicosahedron structures, with exception for some clusters of size N = 38 which are truncated octahedrons. Different theoretical measures such as bond order parameter and radial distances suggest that in both Cu--Ag and Ni--Ag nanoalloys core--shell structures with Ag atoms segregated to the surfaces are preferred. The two types of nanoalloys exhibit different energetical properties while they are very similar in structural properties.

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Bestimmung der Strukturen von Ag-Clustern und bimetallischen Kupfer-Silber und Nickel-Silber Clustern mit globalen Minima. Dabei wird eine Kombination von Embedded-Atom Methode und Basin-Hopping Algorithmus angewandt. Die globalen Minima von Silber-Clustern mit N = 2 bis 100 Atomen stellen Ikosaeder, Polyicosahedra, fcc-Oktaeder, und Dekaedern dar. Die magischen Zahlen und Strukturmotive der Ag-Clustern deuten auf ein ikosaedrisches Wachstumsmuster mit einer Kombination von MIC/Mackay- und TIC/Polyikosaeder-Wachstum. Für Cu_mAg_n und Ni_mAg_n-Cluster mit N = m + n von 2 bis 60 werden als globale Minima hauptsächlich Ikosaeder und Polyikosaeder. Die einsigen Ausnahme sind einige Cluster mit der Größe N = 38, die fcc-Oktaeder sind. Theoretische Größen wie Bindungsordnungparameter und radiale Abstände lassen vermuten, dass in beiden Cu--Ag und Ni--Ag Nanolegierungen Kern-Schale Strukturen mit Ag-Atome vorwiegend an der Oberflächen bevorzugt werden. Die beiden Typen von Nanolegierungen haben unterschiedliche energetischen Eigenschaften während sie sich sehr ähnlich in ihre Struktur sind.