코어-쉘 금속 나노입자의 형태학적 불안정성

코어-쉘 구조를 가진 이중 금속 나노입자(일명 나노합금)는 광학, 촉매, 자기 및 생의학과 같은 여러 응용 분야에서 특별한 관심을 받고 있다. 응용분야에 대한 폭넓은 관심에도 불구하고 이러한 나노입자의 구조를 안정화시키는 물리적 요인은 여전히 ​​상당 부분 불명확하며, 특히 기하학적 구조와 화학적 배열 패턴 간의 관계에 대해서 그렇다. 여기에서는 AgCu, AgNi, AgCo 및 AuCo를 포함한 일련의 약간 혼합 가능한 시스템에 대해 가장 중요한 기하학적 구조에 해당하는 가장 안정적인 화학적 배열 패턴을 뽑기 위해 글로벌 최적화 검색이 수행된다. 계산 결과는 다음과 같다. (i) 나노합금의 전체적인 기하학적 구조와 내부 코어의 형태 및 배치가 엄격하게 상관관계가 있다; (ii) 중심 코어는 20면체 나노입자에서 얻을 수 있으나 결정성 또는 10면체 나노입자에서는 얻을 수 없으며, 이러한 경우 비대칭 준-야누스 형태가 형성된다; (iii) 20면체 나노입자에서 코어가 임계 크기를 초과하면 새로운 유형의 형태학적 불안정성이 발생하여 코어가 비대칭이 되고 나노입자 표면 쪽으로 연장된다; (iv) 다중 중심 패턴은 다중 20면체 나노합금에서 얻을 수 있다. 20면체 나노합금에서 코어의 불안정성과 박막 성장에서 발생하는 스트란스키-크라스타노프 불안정성 간의 유사점과 차이점에 대해 논의된다. 이러한 모든 문제는 코어의 효과적인 코팅을 달성하기 위한 전략을 설계하는 데 매우 중요하다.