Фізико-хімічні характеристики кластера Fen (n = 2–10) за теорією функціоналу густини
Анотація
У цій роботі ми представляємо теоретичне дослідження геометрії рівноваги та енергетичних, електронних і магнітних властивостей Fen (n = 2–10) на основі теорії функціоналу густини (DFT). Результати отримані з використанням обох узагальнених градієнтних наближень відповідно до схеми, описаної Perdew-Burke-Ernzerhof (GGA-PBE). Більш стабільні отримані структури порівняно з іншими ізомерами раніше не були знайдені. Результати, розраховані як розрахована енергія фрагментації та різниця енергій другого порядку, показують, що кластери Fen(n = 7,8,9) більш стабільні, ніж кластери інших розмірів. Крім того, розраховані магнітні властивості найбільш стабільних кластерів демонструють різний магнітний момент між значеннями 3,00 мкБ і 3,35 мкБ, за винятком кластера Fe10, який приймає верхнє значення 3,38 мкБ. Ці результати важливі для експертів-експериментаторів, які активно розробляють нові системи нанокаталізу у фізичній та хімічній областях.
Завантаження
Посилання
J.B. Haun, T-J. Yoon, H. Lee, and R. Weissleder, “Magnetic nanoparticle biosensors,”WIREs Nanomedicine and Nanobiotechnology. 2(3), 291-304 (2010). https://doi.org/10.1002/wnan.84
H. Lee, T-J. Yoon, and R. Weissleder, “Ultrasensitive detection of bacteria using core-shell nanoparticles and an NMR-filter system,” Angew. Chem. Int. Ed.48(31), 5657-5660 (2009). https://doi.org/10.1002/anie.200901791
E.I. Galanzha, E.V. Shashkov, T. Kelly, J-W. Kim, L. Yang, and V.P. Zharov, “In vivo magnetic enrichment and multiplex photoacoustic detection of circulating tumor cells,” Nat. Nano. 4(12), 855-860 (2009). https://doi.org/10.1038/nnano.2009.333
M.D. Morse, “Clusters of transition-metal atoms,” Chem. Rev. 86(6), 1049-1109 (1986). https://doi.org/10.1021/cr00076a005
J.N. Harvey, “DFT computation of relative spin-state energetic of transition metal compounds,” Struct. Bond. 112, 151-184 (2004). https://doi.org/10.1007/b97939
C.J. Cramer, and D.G. Thrular, “Density functional theory for transition metals and transition metal chemistry,” Phys. Chem. Chem.Phys. 11, 10757-10816 (2009). https://doi.org/10.1039/b907148b
M. Castro, “The role of the Jahn-Teller distortions on the structural, binding, and magnetic properties of small Fen clusters n≤7,” International J. Quantum. Chem. 64(2), 223-230 (1997). https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-461X(1997)64:2<223::AID-QUA9>3.0.CO;2-Y
Ž. Šljivančanin, and A. Pasquarello, “Supported Fe nanoclusters: evolution of magnetic properties with cluster size,” Phys. Rev. Lett. 90(24), 247202-247204 (2003). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.247202
T. Oda, A. Pasquarello, and R. Car, “Fully unconstrained approach to noncollinear magnetism: application to small Fe clusters,” Phys.Rev. Lett. 80(16), 3622-2625 (1998).https://doi.org/10.1007/s00894-012-1395-2
C. Köhler, G. Seifert, and T. Frauenheim, “Density functional based calculations for Fen (n≤32),” Chem. Phys. 309(1), 23 31 (2005). https://doi.org/10.1016/J.CHEMPHYS.2004.03.034
F.S. Ham, “The Jahn-Teller effect: a retrospective view,” J. Luminescence, 85(4), 193-197 (2000). https://doi.org/10.1016/S0022-2313(99)00187-8
P. Ordejón, E. Artacho, and J.M. Soler, “Self-consistent order-N density-functional calculations for very large systems,” Physical Review B, 53(16), 10441 (1996). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.53.R10441
J.P. Perdew, and A. Zunger, “Self-interaction correction to density-functional approximations for many-electron systems,” Physical. Review B, 23(10), 5048 (1981). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.23.5048
J.P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, “Generalized gradient approximation made simple,” Physical review letters. 77(18), 3865 (1996). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865
J.M. Soler, “The SIESTA method for ab initio order-N materials simulation,” Journal of Physics. Condensed Matter. 14(11), 2745 (2002). https://doi.org/10.1088/0953-8984/14/11/302
N. Troullier, and J.L. Martins, “Efficient pseudopotentials for plane-wave calculations,” Physical Review B, 43(3), 1993 (1991). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.43.1993
B.V. Reddy, S.N. Khanna, and S.C. Deevi, “Electronic structure and magnetism in (FeAl)n(n⩽6) clusters,” Chem. Phys. Lett. 333, 465-470 (2001). https://doi.org/10.1016/S0009-2614(00)01393-2
S. Dhar, and N.R. Kestner,“Electronic structure of the Fe2 molecule in the local-spin-density approximation,” Phys. Rev. A, 38, 1111-1119 (1988). https://doi.org/10.1103/physreva.38.1111
J.L. Chen, C.S. Wang, K.A. Jackson, and M.R. Pederson, “Theory of magnetic and structural ordering in iron clusters,” Phys. Rev. B, 44, 6558-6561 (1991). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.44.6558
P.A. Montano, and G.K. Shenoy, “EXAFS study of iron monomers and dimers isolated in solid argon,” Solid State Commun. 35, 53-56 (1980). https://doi.org/10.1016/0038-1098(80)90769-3
H. Purdum, P.A. Montano, G.K. Shenoy, and T. Morrison,” Extended-x-ray-absorption-fine-structure study of small Fe molecules isolated in solid neon,” Phys. Rev B, 25, 4412-4417 (1982). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.25.4412
C-S. Keitel, and M.J. Seminario,” Structure and energetics of small iron clusters,” J. Mol. Model. 18(9), 4043 4045 (2012). https://doi.org/10.1007/s00894-012-1395-2
X.G. Gong, and Q.Q. Zheng, “Local spin-density electronic structures and magnetic properties of small iron clusters,” J. Phys. Condensed. Matter. 7(12), 2421-2428 (1995). https://doi.org/10.1088/0953-8984/7/12/006
S. Chrétien, and D.R. Salahub, “Kohn-Sham density-functional study of low-lying states of the iron clusters Fen +/Fen/Fen - (n01−4),” Phys Rev. B, 66 (15), 155401-155412 (2002). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.155425
M. Castro, and D.R. Salahub, “Density-functional calculations for small iron clusters: Fen, Fen +, and Fen - for n≤5,” Phys. Rev. B, 49(17), 11842-11852 (1994). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.49.11842
R. G. Pearson, Chemical hardness, (Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 1997).
O. Diéguez, M.M.G. Alemany, C. Rey, P. Ordejón, and L.J. Gallego, “Density-functional calculations of the structures, binding energies, and magnetic moments of Fe clusters with 2 to 17 atoms,” Phys Rev. B, 63(20), 205407-205406 (2001). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.63.205407
G. Rollmann, P. Entel, and S. Sahoo, “Competing structural and magnetic effects in small iron clusters,” Comput. Mater. Sci. 35(3), 275-278 (2006). https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2004.09.059
C. Köhler, G. Seifert, and T. Frauenheim, “Density functional based calculations for Fen (n≤32),” Chem. Phys. 309(1), 23-31 (2005). https://doi.org/10.1016/J.CHEMPHYS.2004.03.034
Авторське право (c) 2023 Яміна Бенкріма, Джамель Белфеннаше, Радхіа Єклеф, Мохаммед Ельбар Судані, Абделькадер Сугат, Ях’я Акур
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
