- Код статьи
- S0015323025020107-1
- DOI
- 10.31857/S0015323025020107
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том 126 / Номер выпуска 2
- Страницы
- 210-217
- Аннотация
- Сообщается о влиянии учета спин-орбитального взаимодействия на атомную и электронную структуру 0D (кластеры), 1D (золотые нанотрубки) и 2D (монослой) золота. Актуальность работы заключается в том, что с одной стороны, золотые наноструктуры находят широкое применение, в частности в сенсорике и медицине, с другой стороны, из-за ограниченности вычислительных ресурсов при теоретическом изучении таких объектов исследователи могут пренебрегать некоторыми эффектами и важно понимать, какие ошибки могут быть связаны с таким пренебрежением. Исследование проведено на большом наборе объектов: шесть изомеров кластера Au25, золотые нанотрубки девяти разных радиусов и плоском монослое золота, что позволило комплексно оценить влияние спин-орбитального взаимодействия. Было показано, что энергии когезии всех золотых нанотрубок, кроме самой тонкой из рассмотренных, лежат в диапазоне от энергии когезии золотых нанокластеров до энергии когезии монослоя золота. Учет спин-орбитального взаимодействия приводит к уменьшению межатомных расстояний Au–Au и изменению электронной структуры нанообъектов золота. При этом для нанокластеров возможно существенное изменение положения энергетических уровней, отражающее изменение структуры кластера. Для нанотрубок и голдена вблизи уровня Ферми происходит лишь расщепление энергетических уровней.
- Ключевые слова
- голден золотая нанотрубка кластер Au25 DFT зонная структура спин-орбитальное взаимодействие
- Дата публикации
- 07.10.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 34
Библиография
- 1. Liu X., Wei L., Wang X., He S., Yan Y., Li Q.H., Hu C., Ling Y. Flexible strain sensors based on gold nanowire dominoes for human motion detection // Mater. Today Commun. 2023. V. 35. P. 105703.
- 2. Zhou F., Shu L., Yimei T., Li W., Hai L., Zhang X., Li Y., Gao F. Wearable electrochemical glucose sensor of high flexibility and sensitivity using novel mushroom-like gold nanowires decorated bendable stainless steel wire sieve // Anal. Chim. Acta. 2024. V. 1288. P. 342148.
- 3. Hassan H., Sharma P., Hasan M.R., Singh S., Thakur D., Narang J. Gold nanomaterials – The golden approach from synthesis to applications // Mater. Sci. Energy Technol. 2022. V. 5. P. 375–390.
- 4. Kashiwaya S., Shi Y., Lu J., Sangiovanni D.G., Greczynski G., Magnuson M., Andersson M., Rosen J., Hultman L. Synthesis of goldene comprising single-atom layer gold // Nature Synthesis. 2024. V. 3. № 6. P. 744–751.
- 5. Al-Otaibi J.S., Mary Y.S., Mary Y.S., Acharjee N., Al-Saadi A.A., Gamberini M.C. Influence of pyramidal M20 (M = Cu, Ag and Au) clusters on SERS and noncovalent interactions toward tuberculosis drug pretomanid (PTD): DFT study // J. Comput. Biophys. Chem. 2024. V. 23. № 1. P. 47–61.
- 6. Al-Otaibi J.S., Mary Y.S., Mary Y.S., Al-Saadi A.A. Revealing the adsorption nature of disulfiram on metal clusters (Au, Pt, Ag, Pd, Cu, and Ni): DFT analysis, SERS enhancement and sensor properties // Comput. Theor. Chem. 2024. V. 1235. P. 114543.
- 7. López-Estrada O., Mammen N., Laverdure L., Melander M.M., Häkkinen H., Honkala K. Computational criteria for hydrogen evolution activity on ligand-protected Au25-based nanoclusters // ACS Catal. 2023. V. 13. P. 8997–9006.
- 8. Sun Z., Wang J., Su L., Gu Z., Wu X.P., Chen W., Ma W. Dynamic evolution and reversibility of a single Au25 nanocluster for the oxygen reduction reaction // J. Am. Chem. Soc. 2024. V. 146. P. 20059–20068.
- 9. Katsiev K., Lozova N., Wang L., Sai Krishna K., Li R., Mei W.N., Skrabalak S.E., Kumar C.S.S.R., Losovyj Y. The electronic structure of Au25 clusters: Between discrete and continuous // Nanoscale. 2016. V. 8. P. 14711–14715.
- 10. Kim S., Kim H., Lee C., Park I., Kim Y., Moon D., Shim J.H., Ryu S., Park S.S. Au25 cluster-based atomically precise coordination frameworks and emission engineering through lattice symmetry // ACS Nano. 2024. V. 18. P. 29036–29044.
- 11. Zhang H., Lin F., Cheng W., Chen Y., Gu N. Hierarchically oriented jellyfish-like gold nanowires film for elastronics // Adv. Funct. Mater. 2023. V. 33. P. 2209760.
- 12. Ikeda T. Gold nanowire mesh electrode for electromechanical device // Sci. Rep. 2023. V. 13. P. 16669.
- 13. Li K., Yang Y., Xu C., Ye Y., Huang L., Sun L., Cai Y., Zhou W., Ge Y., Li Y., Zhang Q., Wang Y., Liu X. Vertical gold nanowires-based surface-enhanced Raman scattering for direct detection of ocular bacteria // Sensors Actuators B Chem. 2023. V. 380. P. 133381.
- 14. Kim T.Y., Hong S.H., Jeong S.H., Bae H., Cheong S., Choi H., Hahn S.K. Multifunctional intelligent wearable devices using logical circuits of monolithic gold nanowires // Adv. Mater. 2023. V. 35. P. 2303401.
- 15. German N., Popov A., Ramanavicius A., Ramanaviciene A. Development and practical application of glucose biosensor based on dendritic gold nanostructures modified by conducting polymers // Biosensors. 2022. V. 12. P. 641.
- 16. Chang F., Ren K., Li S., Chang F., Ren K., Li S., Su Q., Peng J., Tan J. A voltammetric sensor for bisphenol A using gold nanochains and carbon nanotubes // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2023. V. 252. P. 114588.
- 17. Ahmed D.S., Mohammed M.K.A. Studying the bactericidal ability and biocompatibility of gold and gold oxide nanoparticles decorating on multi-wall carbon nanotubes // Chem. Pap. Springer International Publishing. 2020. V. 74. P. 4033–4046.
- 18. Tomilina O.A., Konshyna A.A., Milyukovaa E.T., Tomilin S.V., Berzhansky V.N. Correlation of the size factors of nanocatalyzer and carbon nanotubes // Phys. Met. Metallogr. 2022. V. 123. № 11. P. 1112–1116.
- 19. Kozlovskiy A.L., Shlimasa D.I., Shumskayac A.E., Kaniukov E.Y., Zdorovets M.V., Kadyrzhanov K.K. Influence of electrodeposition parameters on structural and morphological features of Ni nanotubes // Phys. Met. Metallogr. 2017. V. 118. № 2. P. 164–169.
- 20. Oshima Y., Onga A., Takayanagi K. Helical gold nanotube synthesized at 150 K // Phys. Rev. Lett. 2003. V. 91. P. 205503.
- 21. Serra M., Arenal R., Tenne R. An overview of the recent advances in inorganic nanotubes // Nanoscale. 2019. V. 11. № 17. P. 8073–8090.
- 22. Sheinerman A.G. Mechanical properties of metal matrix composites with graphene and carbon nanotubes // Phys. Met. Metallogr. 2022. V. 123. № 1. P. 57–84.
- 23. Liu D.X. Microstructures, properties and strengthening mechanisms of titanium matrix composites reinforced by in situ synthesized TiC and unreacted carbon nanotubes // Phys. Met. Metallogr. 2021. V. 122. P. 1551–1560.
- 24. Zhou J., Dong J. Vibrational properties of single-walled gold nanotubes from first principles // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. P. 155423.
- 25. Cai Y., Zhou M., Zeng M., Zhang C., Feng Y.P. Adsorbate and defect effects on electronic and transport properties of gold nanotubes // Nanotechnology. 2011. V. 22. P. 215702.
- 26. Liu Q., Xu C., Wu X., Cheng L. Electronic shells of a tubular Au26 cluster: A cage-cage superatomic molecule based on spherical aromaticity // Nanoscale. 2019. V. 11. № 28. P. 13227–13232.
- 27. Ono S., Yoshioka H. Breakdown of continuum elasticity due to electronic effects in gold nanotubes / arXiv: 2411.08289. 2024.
- 28. Senger R., Dag S., Ciraci S. Сhiral single-wall gold nanotubes // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 93. P. 196807.
- 29. Goduljan A., Juarez F., Mohammadzadeh L., Quaino P., Santos E., Schmickler W. Screening of ions in carbon and gold nanotubes – A theoretical study // Electrochem. commun. 2014. V. 45. P. 48–51.
- 30. Pathania Y., Kapoor P. Variation in gold monolayer properties on interaction with DNA/RNA nucleobases useful for DNA sensing // Mater. Sci. Eng. B. 2023. V. 288. P. 116152.
- 31. Yang X., Dong J. Geometrical and electronic structures of the (5, 3) single-walled gold nanotube from first-principles calculations // Phys. Rev. B. 2005. V. 71. P. 233403.
- 32. Nhat P.V., Si N.T., Nguyen M.T. Structural evolution and stability trend of small-sized gold clusters Aun (n = 20-30) // J. Phys. Chem. A. 2020. V. 124. P. 1289–1299.
- 33. Flores M.A., Menéndez-Proupin E. Spin-orbit coupling effects in gold clusters: The case of Au13 // J. Phys. Conf. Ser. 2016. V. 720. P. 012032.
- 34. Yakovkin I.N., Petrova N.V. A DFT study of the proximity effect in the spin-orbit coupling in Au/graphene, Au/silicene, and Bi/silicene bilayers // Phys. Lett. Sect. A Gen. At. Solid State Phys. 2024. V. 506. P. 129475.
- 35. Sozykin S.A., Beskachko V.P. Electronic structure of achiral gold nanotubes // Phys. E Low-Dimensional Syst. Nanostructures. 2020. V. 115. P. 113686.
- 36. Созыкина Е.Р., Созыкин С.А. Атомная и электронная структуры хиральных золотых нанотрубок // Вестник ЮУрГУ. Сер. “Математика. Механика. Физика”. 2022. Т. 14. № 4. С. 59–64.
- 37. Mironov G.I., Sozykina E.R. Electronic properties of gold nanotubes (5, 3) and (5, 0) in the Hubbard model in the static fluctuation approximation // Low Temp. Phys. 2019. V. 45. № 1. P. 113–117.
- 38. Kresse G., Furthmuller J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. P. 11169.
- 39. Sozykin S.A. GUI4dft – A SIESTA oriented GUI // Comput. Phys. Commun. 2021. V. 262. P. 107843.
- 40. Ganose A.M., Jackson A.J., Scanlon D.O. sumo: Command-line tools for plotting and analysis of periodic ab initio calculations // J. Open Source Softw. 2018. V. 3. P. 717.
- 41. D’yachkov P.N., Lomakin N.A. Simulation of spin selectivity of electrical conductivity of chiral platinum nanotubes // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 6. № 4. P. 424–429.
