I trii di atomi di tungsteno sono fortemente influenzati nella loro migrazione attraverso le terre selvagge di una minuscola particella dalla forma della particella, secondo un team di esperti, compreso il Dr. Fei Gao del Pacific Northwest National Laboratory. Il team statunitense e cinese ha eseguito complesse simulazioni computazionali per determinare l'energia coinvolta nella migrazione dei cluster di tungsteno. Hanno scoperto che da 3 a 4 adatom, o atomo di superficie, i cluster preferiscono formare isole ravvicinate. Il riorientamento è il meccanismo di migrazione dominante per il dimero, mentre la migrazione netta dei cluster lager può essere realizzata dal dimer shearing, meccanismi di movimento e rotazione concertati.
La ricerca è stata evidenziata sulla copertina dell'European Physical Journal B nel marzo 2011 insieme all'articolo sottoposto a revisione paritaria:"Tungsten Clusters Migration on Nanoparticles:A Dimer Method Study".
La domanda di miniaturizzazione dei dispositivi elettronici trarrà vantaggio da una comprensione più approfondita dei materiali nanostrutturati. Il tungsteno ha proprietà uniche come l'alta densità, durezza, temperatura di fusione, elasticità e conducibilità, insieme a una bassa dilatazione termica. Queste proprietà uniche e particelle di dimensioni nanometriche possono essere utilizzate per immagazzinare e organizzare gli elettroni per l'uso da parte dei semiconduttori, fornendo agli ingegneri un materiale con una resistenza inferiore e una conduttività migliorata.
Utilizzando i supercomputer nel Laboratorio di Scienze Molecolari Ambientali, il team di ricerca ha eseguito i calcoli necessari per cercare possibili stati di transizione e percorsi di migrazione per cluster di tungsteno su nanoparticelle di tungsteno, e le corrispondenti energie migratorie per i possibili percorsi migratori di questi cluster.
Si è scoperto che i cluster di tungsteno con un massimo di quattro adatomi preferiscono strutture compatte 2D con energie di legame relativamente basse. Il team ha determinato che l'effetto dell'interfaccia e delle regioni dei vertici sul comportamento di migrazione dei cluster è significativamente forte rispetto alla dimensione delle nanoparticelle.
I meccanismi di migrazione sono molto diversi quando i cluster si trovano al centro della nanoparticella e vicino all'interfaccia o alle aree dei vertici. In prossimità delle interfacce e delle aree dei vertici gli atomi del substrato tendono a partecipare ai processi di migrazione dei cluster, e può unire gli adatomi per formare un cluster più grande o portare alla dissociazione di un cluster tramite il meccanismo di scambio, che si traduce nell'adatom che attraversa le sfaccettature.
Le barriere energetiche calcolate per i trimeri suggeriscono che la migrazione concertata è più probabile del successivo salto di un singolo adatomo negli ammassi.
Il metodo computazionale multiscala, che vanno dal calcolo ab initio al metodo della dinamica a lungo termine, sarà ulteriormente impiegato per studiare l'evoluzione strutturale di cluster metallici di dimensioni nanometriche con l'aumento delle dimensioni e della trasformazione di fase di questi cluster metallici. Questi studi forniranno approfondimenti significativi sui catalizzatori su scala nanometrica, sensori e applicazioni elettrocromiche come il vetro intelligente in cui le proprietà di trasmissione della luce o del calore del vetro vengono modificate applicando la tensione.
