Metal nanoalaşımların Mgo(001) yüzeyi üzerinde yapısal ve dinamik özelliklerinin simülasyon yöntemiyle incelenmesi

Au ve Pd geçiş metallerinden oluşan ikili metal nanoalaşımlar hidrojenlenme ve oksidasyon gibi çeşitli tepkimelerde yüksek katalitik performans göstermektedir. Metal oksit yüzeyler, üzerinde incelenen nanoalaşımların katalitik performansını daha da artırmaktadır. Oksit yüzeye bağlı olarak, katalitik özelliklerin yanı sıra elektronik ve manyetik özelliklerde meydana gelen önemli değişimler, nanoalaşımların boyuta bağlı olarak incelenmesine sebep olmuştur. Bu çalışmada, MgO(001) yüzeyi üzerindeki atom sayısı bakımından AunPdn 1:1 (%50-%50), AunPd3n 1:3 (%25-%75) ve Au3nPdn 3:1 (%75-%25) oranlarına sahip olan Au ve Pd geçiş metallerinden oluşan ikili metal nanoalaşımların yapısal ve dinamik özellikleri incelenmiştir. Tez çalışmasının ilk kısmında MgO(001) yüzeyi üzerindeki sadece Au ve Pd atomlarından oluşan atom yığınları ile 1:1, 1:3 ve 3:1 oranlarına sahip Au-Pd ikili metal nanoalaşımları Basin-Hopping optimizasyon yöntemi ile elde edilmiştir. Atomlar arası etkileşmelerde Gupta çok cisim potansiyel enerji fonksiyonu kullanılmıştır. Optimizasyonu yapılan kompozisyonlar için 3000 K başlangıç sıcaklığında 200.000 basamak sayısı kullanılarak 10 defa Monte Carlo (MC) simülasyon hesabı yapılmıştır. Bulk yapıları FCC kristal yapıda olan Au ve Pd atomlarından oluşan atom yığınlarının global minimum yapılarında FCC kristal yapıların yanı sıra HCP kristal yapılar da elde edilmiştir. Aynı sayıdaki saf Au ve Pd atomlarından oluşan atom yığınlarından bazıları MgO(001) yüzeyi üzerine (001) epitaksi ile, bazıları ise (111) epitaksi ile yerleşmesine rağmen, AuPd ikili metal nanoalaşımlar oksit yüzeye uygun olarak (001) epitaksi ile yerleşme eğilimi göstermiştir. Tez çalışmasının diğer kısmında ise optimizasyonu yapılan tüm nanoalaşımların erime davranışları Kanonik Moleküler Dinamik simülasyon metoduyla incelenmiştir. Erime işlemi için sıcaklık değişimi 300 K ile 1200 K arasında alınmıştır. Sıcaklık her nanosaniyede 1 K (1K/ns) artırılmıştır. Sıcaklık Anderson termostatıyla kontrol edilmiştir. Nanoalaşımların erime davranışları yani katı-sıvı faz geçişleri kalorik eğri grafikleri kullanılarak incelenmiştir. 1:1, 1:3 ve 3:1 oranlarına sahip küçük nanoalaşımlarda erime öncesi izomerleşme varken, büyük nanoalaşımlarda erime geçişi daha net gerçekleşmiştir. AunPdn (1:1), AunPd3n (1:3) ve Au3nPdn (3:1) oranındaki ikili metal atom yığınları, Au ve Pd bulk yapılardan daha düşük sıcaklıklarda erime özelliği göstermiştir. Erime davranışları incelenen nanoalaşımların kristal yapılarının belirlenmesine ek olarak koordinasyon sayısı analizleri de ele alınmıştır. Koordinasyon sayısı analizleri ile sıcaklığın, katı yapıdaki düzeni ve atomların temas halinde olduğu komşu atomların sayısını değiştirdiği gözlenmiştir. Erime sıcaklığı ve sonrasında, yapılarda FCC ve HCP kristal yapılar yok olmuştur.