Investigación

The geometrical characteristics of fcc, hcp, and polycrystalline nanowires: simulations of transmission electron microscopy images and diffraction patterns

J.M. Montejano–Carrizalesª, R.A. Guirado–Lópezª, J.L. Rodríguez–López^b, and J.L. Morán–López^b,c

ª Instituto de Física, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Álvaro Obregón 64, 78000 San Luis Potosí, S.L.P., México.

^b División de Materiales Avanzados Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, A.C., San Luis Potosí, México.

^c División de Ingeniería y Ciencias, Universidad Politécnica de San Luis Potosí, Urbano Villalón 500, 78369 San Luis Potosí, S.L.P., México.

Recibido el 25 de febrero de 2009
Aceptado el 02 de junio de 2009

Abstract

To theoretically study the physicochemical properties of nanowires, it is necessary to build the corresponding atomic geometrical models. Here we present the geometrical characteristics of nanowires with fcc, hcp, and polycrystalline structures. We consider fcc and hcp wires grown along the (111) and z axis directions, respectively, with various diameters and lengths. In addition, since staking faults in these systems are very common, we analyze also the case of nanowires formed by stacked pieces having different crystalline structures and orientations, a fact that leads to the formation of several internal interfaces. By performing simulations of transmission electron microscopy (TEM) images and diffraction patterns of the nanowires considered here, we reveal how sensitive are the calculated images to the defocus condition as well as to the orientation of the wire with respect to the incident beam, a result that must be taken into account in order to better understand the measured data.

Keywords: Nanowires; fcc nanostructures; hcp nanostructures; TEM simulations; diffraction patterns.

Resumen

Para el estudio teórico de las propiedades fisico–químicas de alambres es necesario construir el correspondiente modelo geométrico. Presentamos las caracteríisticas geométricas de nanoalambres con estructuras fcc, hcp y policristalinos. Consideramos alambres fcc y hcp crecidos a lo largo de las direcciones (111) eje z respectivamente, con varios diámetros y longitudes. Además, como en estos sistemas son comunes las fallas de crecimiento (stacking faults), también analizamos el caso de nanoalambres formados por tramos que tienen diferentes estructuras cristalinas y orientaciones, lo que lleva a la formación de varias interfases internas. Llevando a cabo la simulacion de imágenes de alta resolución en microscopía de transmisión de electrones (TEM) y de sus respectivos patrones de difracción de los nanoalambres aquí considerados, hacemos notar lo sensitivas que son a las condiciones de enfoque las imágenes calculadas, así como también a la orientación de los nanoalambres con respecto al haz incidente, un resultado que debe tenerse en cuenta para un mejor entendimiento de las mediciones obtenidas.

Descriptores: Nanoalambres; nanoestructuras fcc; nanoestructuras hcp; simulaciones TEM; patrones de difracción.

PACS: 81.07.Dc;75.75.+a;36.40.Cg

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Acknowledgements

The authors would like acknowledge the financial support from CONACyT (México) through grants No. 45928–L (R.A.G.–L.), No. 50650 (R.A.G.–L. and J.M.M.–C.), No. 61489 (J.L.R.–L.), and No. 61417 (J.L.M.–L); partial finantial support from PIFI (México) through grant 2007–24–21. Computer resources from the Centro Nacional de Supercomputo (CNS) from the Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (IPICyT), San Luis Potosí, México, are also acknowledged.

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