Simulación Monte Carlo del proceso de relajación superficial en nanopartículas de magnetita

Abstract

RESUMEN: El presente trabajo se enfoca en el proceso de relajación de los átomos de superficie en nanopartículas de magnetita. Con este propósito se simula una nanopartícula de magnetita de 3 nm de diámetro y se monitorea su energía como resultado de los cambios estructurales en función de la temperatura siguiendo un proceso de “simulated annealing”. Para el proceso de optimización energético se implementa el método de Monte Carlo y se calcula la energía del sistema tomando en cuenta potenciales tipo Buckingham para las interacciones de corto alcance que tienen lugar entre pares de iones: O2- - O2-, O2- -Fe3+A, O2- -Fe3+B y O2- -Fe2+B. Se incluye también en el cálculo un potencial Coulombiano que responde por las interacciones de largo alcance, esta contribución a la energía se calcula de manera exacta sobre toda la muestra considerando las interacciones entre todos los posibles pares de iones en el sistema. Finalmente se presentan resultados de las funciones de distribución radial y angular antes y después del proceso de relajación

ABSTRACT: This study is focused on the relaxation process for atoms in the surface of magnetite nanoparticles. To fulfill this purpose we simulate a magnetite nanoparticle 3 nm in diameter, and register its energy, as a function of temperature, resulting from structural changes by following a simulated annealing process. For the energetic optimization process a Monte Carlo method is implemented and the system energy, involving Buckingham potentials for short-range interactions taking place for O2- - O2-, O2- -Fe3+ A, O2- -Fe3+ B and O2- -Fe2+ B pairs, is computed. A Coulombian potential, for taking into account longrange interactions, is also included in this calculation. Such a contribution is computed exactly, over the complete sample, by counting interactions between all possible pairs in the system. Finally, results on the radial and angular distribution functions, before and after the relaxation process, are presented.