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Gemelos icosaédricos

Imagen anular de campo oscuro de una nanopartícula de Au hermanada cinco veces con una forma similar a una bipirámide pentagonal .
El modelo icosaédrico de la FCC se proyecta hacia abajo con una orientación de eje de zona de 5 veces a la izquierda y de 3 veces a la derecha.
Ejemplos de imágenes digitales de pajarita/mariposa en campo oscuro de una partícula icosaédrica.
Análisis de campo oscuro de pares de cristales de tetraedro dual.

Una gemela icosaédrica es una nanoestructura que aparece en grupos atómicos y también en nanopartículas con algunos miles de átomos. Estos grupos tienen veinte caras, con veinte cristales tetraédricos interconectados unidos a lo largo de caras triangulares (por ejemplo, cúbicas-(111) ) que tienen triple simetría. Una estructura relacionada, más común, tiene cinco unidades dispuestas de manera similar con macla, que se conocían como " fivelings " en el siglo XIX, [1] [2] [3] más recientemente como "partículas decaédricas múltiples macladas", "partículas pentagonales" o "partículas de estrellas". Una variedad de métodos diferentes (por ejemplo, condensación de argón, átomos metálicos y cápsides de virus ) conducen a la forma icosaédrica en escalas de tamaño donde las energías superficiales son más importantes que las del volumen.

Causas

Cuando el enlace entre átomos no tiene fuertes preferencias direccionales, no es inusual que los átomos graviten hacia un número de 12 vecinos más cercanos. Las tres formas más simétricas de hacer esto son mediante agrupamiento icosaédrico , mediante empaquetamiento cerrado cristalino cúbico centrado en las caras ( cuboctaédrico ) y hexagonal ( triortobicupolar ) .

Las disposiciones icosaédricas, típicamente debido a su menor energía superficial , [4] pueden ser preferidas para grupos pequeños. Sin embargo, el talón de Aquiles de la agrupación icosaédrica es que no puede llenar el espacio en grandes distancias de una manera ordenada traslacionalmente, por lo que hay cierta distorsión de las posiciones atómicas, es decir, deformación elástica. [4] De Wit señaló que estos pueden considerarse en términos de declinaciones , [5] un enfoque que Yoffe extendió más tarde al 3D. [6] La forma tampoco es siempre la de un icosaedro simple, [3] y ahora existen varios códigos de software que facilitan el cálculo de la forma. [7] [8]

En tamaños más grandes, la energía para distorsionar se vuelve mayor que la ganancia en energía superficial, y los materiales a granel (es decir, grupos suficientemente grandes) generalmente revierten a una de las configuraciones cristalinas compactas. En principio, se convertirán en un monocristal simple con forma de construcción Wulff [9] . El tamaño cuando se vuelven menos estables energéticamente suele estar en el rango de 10 a 30 nanómetros de diámetro, [10] pero no siempre sucede que la forma cambie y las partículas puedan crecer hasta tamaños milimétricos.

Ubicuidad

Se ha observado macla icosaédrica en nanopartículas metálicas cúbicas centradas en la cara que se han nucleado: (i) por evaporación sobre superficies, (ii) fuera de solución y (iii) por reducción en una matriz polimérica.

Los cuasicristales son estructuras no hermanadas con una periodicidad rotacional de largo alcance pero no traslacional, que algunos inicialmente intentaron explicar como macla icosaédrica. [11] Los cuasicristales generalmente se forman sólo cuando la composición (por ejemplo, de dos metales diferentes como el titanio y el manganeso) sirve como antagonista de la formación de una de las formas compactas más comunes que llenan el espacio.

Ver también

Referencias

  1. ^ Hofmeister, H. (1998). <3::aid-crat3>3.0.co;2-3 "Cuarenta años de estudio de estructuras quíntuples hermanadas en partículas pequeñas y películas delgadas". Investigación y tecnología de cristales . 33 (1): 3–25. Código Bib : 1998CryRT..33....3H. doi :10.1002/(sici)1521-4079(1998)33:1<3::aid-crat3>3.0.co;2-3. ISSN  0232-1300.
  2. ^ H. Hofmeister (2004) "Nanopartículas hermanadas cinco veces" en Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology (ed. HS Nalwa, Amer. Sci. Publ., Stevenson Ranch CA) vol. 3 , págs. 431-452 ISBN 1-58883-059-4 pdf. 
  3. ^ ab Marcas, LD; Peng, L (2016). "Forma de nanopartículas, termodinámica y cinética". Revista de Física: Materia Condensada . 28 (5): 053001. Código bibliográfico : 2016JPCM...28e3001M. doi :10.1088/0953-8984/28/5/053001. ISSN  0953-8984. PMID  26792459. S2CID  12503859.
  4. ^ ab Ino, Shozo (1969). "Estabilidad de partículas multiplicadamente hermanadas". Revista de la Sociedad de Física de Japón . 27 (4): 941–953. Código bibliográfico : 1969JPSJ...27..941I. doi :10.1143/jpsj.27.941. ISSN  0031-9015.
  5. ^ Ingenio, R de (1972). "Renuncias parciales". Revista de Física C: Física del Estado Sólido . 5 (5): 529–534. Código bibliográfico : 1972JPhC....5..529D. doi :10.1088/0022-3719/5/5/004. ISSN  0022-3719.
  6. ^ Howie, A.; Marcas, LD (1984). "Deformaciones elásticas y balance energético de partículas macladas múltiples". Revista Filosófica A. 49 (1): 95-109. Código Bib : 1984PMagA..49...95H. doi : 10.1080/01418618408233432. ISSN  0141-8610.
  7. ^ Boukouvala, Cristina; Daniel, Josué; Ringe, Emilie (2021). "Enfoques para modelar la forma de nanocristales". Nanoconvergencia . 8 (1): 26. Código Bib : 2021NanoC...8...26B. doi : 10.1186/s40580-021-00275-6 . ISSN  2196-5404. PMC 8429535 . PMID  34499259. 
  8. ^ Rahm, J.; Erhart, Paul (2020). "WulffPack: un paquete Python para construcciones Wulff". Revista de software de código abierto . 5 (45): 1944. Código bibliográfico : 2020JOSS....5.1944R. doi : 10.21105/joss.01944 . ISSN  2475-9066.
  9. ^ Pimpinelli, Alberto; Villano, Jacques (1998). Física del crecimiento de los cristales (1 ed.). Prensa de la Universidad de Cambridge. doi :10.1017/cbo9780511622526. ISBN 978-0-521-55198-4.
  10. ^ Baletto, Francesca; Ferrando, Ricardo (2005). "Propiedades estructurales de nanoclusters: efectos energéticos, termodinámicos y cinéticos". Reseñas de Física Moderna . 77 (1): 371–423. Código Bib : 2005RvMP...77..371B. doi :10.1103/RevModPhys.77.371. ISSN  0034-6861. S2CID  54700637.
  11. ^ Pauling, Linus (1987). "Los llamados cuasicristales icosaédricos y decagonales son gemelos de un cristal cúbico de 820 átomos". Cartas de revisión física . 58 (4). Sociedad Estadounidense de Física (APS): 365–368. Código bibliográfico : 1987PhRvL..58..365P. doi :10.1103/physrevlett.58.365. ISSN  0031-9007. PMID  10034915.