Molecular Dynamics Simulations of the Formation Processes and Luminescence Properties of Zn-ZnO Core-Shell Nanostructures

Abstract

We carried out molecular dynamics (MD) simulations of the oxidation of zinc nanoclusters to investigate the process of the formation of Zn-ZnO “core-shell” nanoclusters. In the present work it is being shown that the structure, shape and oxide layer thickness of the obtained particles directly depend on the initial oxygen density and initial temperature of the system. An increase of initial oxygen density the oxide layer thickness of obtained nanoparticles increase to a certain limit. During the analysis it was found, that created clusters mainly preserved their structure of core, but structure of shell commonly was amorphous. Also, we had studied the luminescence properties of experimentally created nanostructures. It was observed increase in quantum efficiency of luminescence.

Нами було проведене молекулярно-динамічне (МД) моделювання окислення нанокластерів цинку для дослідження процесу формування Zn-ZnO “ядро-оболонка” наночастинок. В даній роботі показано, що структура, форма та товщина оксидного шару отриманих частинок безпосередньо залежить від початкової концентрації кисню та початкової температури системи. Встановлено що при збільшені початкової концентрації кисню товщина окисного шару збільшується до певної межі. Під час аналізу було встановлено, що утворені нанокластери в основному зберігали свою структуру ядра, а в свою чергу структура оболонки зазвичай була аморфною. Також ми вивчали люмінесцентні властивості експериментально створених нами наноструктур. Було відзначено збільшення квантової ефективності люмінесценції.

Нами было проведено молекулярно-динамическое (МД) моделирование окисления нанокластеров цинка для исследования процесса формирования Zn-ZnO “ядро-оболочка” наночастиц. В данной работе показано, что структура, форма и толщина оксидного слоя полученных частиц напрямую зависит от начальной концентрации кислорода и начальной температуры системы. Установлено, что при увеличении начальной концентрации кислорода толщина окислительного слоя увеличивается до определенного предела. При анализе было установлено, что образованные нанокластеры в основном сохраняли свою структуру ядра, а в свою очередь структура оболочки обычно была аморфной. Также мы изучали люминесцентные свойства экспериментально созданных нами наноструктур. Было отмечено увеличение квантовой эффективности люминесценции.