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Reversed size-dependent stabilization of ordered nanophases

Nature Communications, (2019) 10, 1982

J. Pirart, A. Front, D. Rapetti , C. Andreazza-Vignolle, P. Andreazza , C. Mottet & R. Ferrando

The size increase of a nanoscale material is commonly associated with the increased stability of its ordered phases. Here we give a counterexample to this trend by considering the formation of the defect-free L11 ordered phase in AgPt nanoparticles, and showing by STEM-HAADF that it is better stabilized in small nanoparticles (up to 2.5 nm) than in larger ones, in which the ordered phase breaks in multiple domains or is interrupted by faults. The driving force for the L11 phase formation in small nanoparticles is the segregation of a monolayer silver shell (an Ag-skin) which prevents the element with higher surface energy (Pt) from occupying surface sites. With increasing particle size, the Ag-skin causes internal stress in the L11 domains which cannot thus exceed the critical size of 2.5 nm. A multiscale modelling approach using full-DFT global optimization calculations and atomistic modelling is used to interpret the findings.
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09841-3

Stabilisation inversée avec la taille de nanophases ordonnées d’alliage AgPt

Nature Communications, (2019) 10, 1982

J. Pirart, A. Front, D. Rapetti , C. Andreazza-Vignolle, P. Andreazza , C. Mottet & R. Ferrando

L’augmentation de la taille d’un matériau à l’échelle nanométrique est généralement associée à la stabilité accrue de ses phases ordonnées. Nous donnons ici un contre-exemple à cette tendance en considérant la formation de la phase ordonnée L11 sans défaut dans les nanoparticules d’AgPt et en montrant par STEM-HAADF qu’elle est mieux stabilisée dans les petites nanoparticules (jusqu’à 2,5 nm) par rapport aux plus grosses. En effet dans celles-ci, la phase ordonnée est constituée de plusieurs domaines ou est interrompu par des défauts. La force motrice de formation de cette phase L11 dans les petites nanoparticules se révèle être la ségrégation d’une monocouche d’argent (peau en Ag) qui empêche l’élément ayant une énergie de surface plus élevée (Pt) d’occuper les sites de surface. Avec l’augmentation de la taille des particules, la peau d’Ag provoque des contraintes internes dans les domaines L11 qui ne peuvent donc pas dépasser la taille critique d’environ 2,5 nm. Une approche de modélisation multi-échelles utilisant des calculs d’optimisation globale DFT et une modélisation atomistique est utilisée pour interpréter les résultats expérimentaux.
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09841-3