纳米晶熔融温度的热力学模型构建及其在多功能量子器件设计中的应用

【编辑推荐】本文创新性地提出了一种无参数可调的热力学模型，通过引入固/液界面能γsl，精准预测金属纳米晶（Au、Ag等）的熔融温度Tm(D)。模型验证涵盖FCC、BCC等多种晶体结构，为纳米材料热稳定性研究及量子器件设计提供了理论基石。

　　

Highlight

引言：

纳米科技的发展核心在于材料尺寸D减小引发的特性突变，其中熔融温度T_m(D)的降低尤为关键。这不仅关乎纳米材料在制备与应用中的热稳定性，还与其表面能、催化活性等性能紧密关联。

方法论：

针对固体晶体，表面能γ_sv可通过结合能E_c表达（N_a为阿伏伽德罗常数，A_s为晶胞面积）。本研究采用Jiang提出的方法计算不同结构金属的材质常数k_s：对于面心立方(FCC)和六方密排(HCP)结构，k_s=0.25；而体心立方(BCC)结构则需引入配位数修正。

结果与讨论：

表1列出了Au（FCC结构）、Bi（简单立方）等金属的关键参数。通过选取(111)晶面作为表面模型，计算显示FCC晶体的ΔE'与实验值高度吻合，但Bi（SC结构）和Fe/V（BCC结构）存在显著偏差，揭示了晶体结构对界面能γ_sl的敏感性。

结论：

本模型通过γ_sl替代传统ΔE，实现了对纳米晶熔融温度的精准预测，为异质结器件设计提供了新思路。未来需进一步探究非立方晶系的界面能修正因子。