Dynamic and static study of gold nanowires on cooper surfaces (110)

Abstract

Utilizamos técnicas de simulação computacional para estudar a deposição de átomos de ouro sobre superfícies de cobre (110). Observamos que fios de ouro ultra-finos, com espessuras de alguns Angstroms ( ~ 3 ° A), podem ser construídos. Nossos cálculos mostraram que esses fios são estruturalmente muito estáveis a temperatura ambiente e observamos que a largura deles é mantida, mesmo aumentando a concentração de átomos de ouro depositados. Contrário ao esperado intuitivamente, os fios formados estão alongados paralelos à direção 001 da superfície de Cu (110). O principal método computacional empregado neste estudo foi a dinâmica molecular Tight-Binding, o qual permite acompanhar a evolução da formação e estabilidade dos fios de ouro, átomo a átomo, ao longo da simulação. Portanto, estudamos o proceso de deposição em sequência para um, dois e mais átomos. Mostramos que um único átomo de ouro não se estabiliza nos sulcos da superfície, entretando quando este átomo se liga a outros átomos de ouro, eles conseguem estabelecer distribuiçães bastantes robustas e bem ancoradas à superfície. Cálculos estáticos utilizando o método do Gradiente Conjugado, foram realizados minimizando as forças entre átomos e energia total do sistema, procurando posições energeticamente mais favoráveis. Os resultados estáticos e dinâmicos estão em boa concordância e são compatíveis com resultados experimentais. Este estudo constitui uma das primeiras abordagens no problema de fios de ouro suportados em superfícies, muito interessante para futuras aplicações tecnológicasWe have used computer simulations techniques to investigate the deposition of gold atoms on copper surfaces (110). We noticed that ultra-thin gold wires, with thickness of a few Angstroms ( ~3 ° A), can be built. Our calculations showed that these wires are structurally very stable at room temperature and we observed that the width of this wires is maintained, even increasing the concentration of the deposited gold atoms. Opposite to our expectations, the wires are formed parallel to the direction 001 of the Cu(110) surface. The main computational method employed in this study was the Tight-Binding Molecular Dynamics method, which allows to follows the formation and stability of the wires, atom by atom, throughout the simulation. Therefore, we studied the process of deposition in sequence of one, two or more atoms. We showed that just one atom does not stabilize in the channels of the surface, however, when this atom binds to other gold atoms, they can establish robust distributions that are strongly anchored to the surface. Static calculations using the Conjugate Gradient method were employed minimizing the forces between atoms and the total energy of the system, resulting in more stable energetic positions. The static and dynamic results are in good agreement and are consistent with experimental results. This work is one of the first approaches to the problem of gold wires supported on surfaces, a very interesting topic for future technological application