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Erschienen in: Journal of Materials Science 21/2012

01.11.2012 | First Principles Computations

Evolution of atomic and electronic structure of magnetic Gd-doped gold clusters

verfasst von: Prashant P. Shinde, Brahm Deo Yadav, Vijay Kumar

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 21/2012

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Abstract

The evolution of atomic and electronic structure of small Au n (n = 1–16, and 55) clusters doped with a Gd atom has been investigated using density functional theory within generalized gradient approximation for the exchange–correlation energy. Pure gold neutral clusters with n up to 15 are planar. However, with the doping of a Gd atom, the atomic structure of gold clusters changes, and there is a transition from planar-like structures to three dimensional structures at n = 10. The electronic structure of Gd-doped gold clusters shows a sharp increase in the highest occupied–lowest unoccupied molecular orbital (HOMO–LUMO) gap for certain sizes giving rise to their magic behavior. All clusters are magnetic with large magnetic moments ranging from 6 to 8 μB primarily due to the localized 4f electrons on Gd. This makes such clusters with large HOMO–LUMO gaps magnetic superatoms. The main interaction between gold and gadolinium atoms in the clusters is due to hybridization between Au-6s and Gd-5d6s orbitals. Our results indicate the emergence of a wheel structure for Gd@Au7, a symmetric cage structure at n = 15 for Gd@Au15 and n = 16 for Gd@Au16 + and Eu@Au16 corresponding to an electronic shell closing at 18 valence electrons leaving aside the f electrons on Gd while for Gd-doped Au55 corresponding to 58 valence electrons, a Au9Gd@Au46 core–shell structure is obtained in which the Gd atom connects the core of Au9 with the Au46 shell. The binding energy shows odd–even oscillations with enhancement due to Gd doping compared with pure gold clusters. Such magnetic clusters of gold could have multifunctional biological applications in drug delivery, sensor, imaging, and cancer treatment.

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Literatur
3.
Zurück zum Zitat Giljohann DA, Seferos DS, Daniel WL, Massich MD, Patel PC, Mirkin CA (2010) Angew Chem Int Ed 49:3280CrossRef Giljohann DA, Seferos DS, Daniel WL, Massich MD, Patel PC, Mirkin CA (2010) Angew Chem Int Ed 49:3280CrossRef
4.
Zurück zum Zitat Pankhurst QA, Connolly J, Jones SK, Dobson J (2003) J Phys D Appl Phys 36:R167CrossRef Pankhurst QA, Connolly J, Jones SK, Dobson J (2003) J Phys D Appl Phys 36:R167CrossRef
7.
Zurück zum Zitat Banerjee R, Katsenovich Y, Lagos L, McIintosh M, Zhang X, Li CZ (2010) Curr Med Chem 17:3120CrossRef Banerjee R, Katsenovich Y, Lagos L, McIintosh M, Zhang X, Li CZ (2010) Curr Med Chem 17:3120CrossRef
8.
9.
Zurück zum Zitat Namdeo M, Saxena S, Tankhiwale R, Bajpai M, Mohan YM, Bajpai SK (2008) J Nanosci Nanotechnol 8:3247CrossRef Namdeo M, Saxena S, Tankhiwale R, Bajpai M, Mohan YM, Bajpai SK (2008) J Nanosci Nanotechnol 8:3247CrossRef
10.
Zurück zum Zitat Gupta AK, Naregalkar RR, Vaidya VD, Gupta M (2007) Nanomedicine (Lond) 2:23CrossRef Gupta AK, Naregalkar RR, Vaidya VD, Gupta M (2007) Nanomedicine (Lond) 2:23CrossRef
12.
Zurück zum Zitat McCarthy JR, Kelly KA, Sun EY, Weissleder R (2007) Nanomedicine (Lond) 2:153CrossRef McCarthy JR, Kelly KA, Sun EY, Weissleder R (2007) Nanomedicine (Lond) 2:153CrossRef
14.
Zurück zum Zitat Wang L-M, Bai J, Lechtken A, Huang W, Schooss D, Kappes MM, Zeng XC, Wang L-S (2009) Phys Rev B 79:033413CrossRef Wang L-M, Bai J, Lechtken A, Huang W, Schooss D, Kappes MM, Zeng XC, Wang L-S (2009) Phys Rev B 79:033413CrossRef
16.
18.
Zurück zum Zitat Yoon B, Koskinen P, Huber B, Kostko O, von Issendorff B, Hakkinen H, Moseler M, Landman U (2007) ChemPhysChem 8:157CrossRef Yoon B, Koskinen P, Huber B, Kostko O, von Issendorff B, Hakkinen H, Moseler M, Landman U (2007) ChemPhysChem 8:157CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Tong X, Benz L, Kemper P, Metiu H, Bowers MT, Buratto SK (2005) J Am Chem Soc 127:13516CrossRef Tong X, Benz L, Kemper P, Metiu H, Bowers MT, Buratto SK (2005) J Am Chem Soc 127:13516CrossRef
22.
23.
24.
26.
Zurück zum Zitat Furche F, Ahlrichs R, Weis P, Jacob C, Gilb S, Bierweiler T, Kappes MM (2002) J Chem Phys 117:6982CrossRef Furche F, Ahlrichs R, Weis P, Jacob C, Gilb S, Bierweiler T, Kappes MM (2002) J Chem Phys 117:6982CrossRef
27.
Zurück zum Zitat Cabrera-Trujillo JM, Montejano-Carrizales JM, Rodríguez-López JL, Zhang W, Velázquez-Salazar JJ, José-Yacamán M (2010) J Phys Chem C 114:21051CrossRef Cabrera-Trujillo JM, Montejano-Carrizales JM, Rodríguez-López JL, Zhang W, Velázquez-Salazar JJ, José-Yacamán M (2010) J Phys Chem C 114:21051CrossRef
28.
Zurück zum Zitat Häkkinen H, Yoon B, Landman U, Li X, Zhai H-J, Wang L-S (2003) J Phys Chem A 107:6168CrossRef Häkkinen H, Yoon B, Landman U, Li X, Zhai H-J, Wang L-S (2003) J Phys Chem A 107:6168CrossRef
29.
30.
34.
Zurück zum Zitat Tsunoyama H, Sakurai H, Negishi Y, Tsukuda T (2005) J Am Chem Soc 127:9374CrossRef Tsunoyama H, Sakurai H, Negishi Y, Tsukuda T (2005) J Am Chem Soc 127:9374CrossRef
35.
Zurück zum Zitat Uzun A, Ortalan V, Hao Y, Browning ND, Gates BC (2009) ACS Nano 3:3691CrossRef Uzun A, Ortalan V, Hao Y, Browning ND, Gates BC (2009) ACS Nano 3:3691CrossRef
36.
Zurück zum Zitat Herzing AA, Kiely CJ, Carley AF, Landon P, Hutchings GJ (2008) Science 321:1331CrossRef Herzing AA, Kiely CJ, Carley AF, Landon P, Hutchings GJ (2008) Science 321:1331CrossRef
37.
Zurück zum Zitat Li C-Y, Wu C-M, Karna SK, Wang C-W, Hsu D, Wang C-J, Li W-H (2011) Phys Rev B 83:174446CrossRef Li C-Y, Wu C-M, Karna SK, Wang C-W, Hsu D, Wang C-J, Li W-H (2011) Phys Rev B 83:174446CrossRef
38.
40.
Zurück zum Zitat Li X, Kiran B, Li J, Zhai H-J, Wang L-S (2002) Angew Chem Int Ed 41:4786CrossRef Li X, Kiran B, Li J, Zhai H-J, Wang L-S (2002) Angew Chem Int Ed 41:4786CrossRef
41.
Zurück zum Zitat Zhang M, He L-M, Zhao L-X, Feng X-J, Luo Y-H (2009) J Phys Chem C 113:6491CrossRef Zhang M, He L-M, Zhao L-X, Feng X-J, Luo Y-H (2009) J Phys Chem C 113:6491CrossRef
43.
Zurück zum Zitat Neukermans S, Wang X, Veldeman N, Janssens E, Silverans RE, Lievens P (2006) Int J Mass Spectrom 252:145CrossRef Neukermans S, Wang X, Veldeman N, Janssens E, Silverans RE, Lievens P (2006) Int J Mass Spectrom 252:145CrossRef
44.
Zurück zum Zitat Yim H, Seo S, Na K (2011) J Nanomater Article 747196 Yim H, Seo S, Na K (2011) J Nanomater Article 747196
46.
47.
Zurück zum Zitat Fernández EM, Soler JM, Garz′on IL, Balbás LC (2006) Phys Rev B 73:235433CrossRef Fernández EM, Soler JM, Garz′on IL, Balbás LC (2006) Phys Rev B 73:235433CrossRef
50.
Zurück zum Zitat Perdew JP (1991) In: Ziesche P, Eschrig H (eds) Electronic structure of solids 91. Akademie, Berlin Perdew JP (1991) In: Ziesche P, Eschrig H (eds) Electronic structure of solids 91. Akademie, Berlin
51.
Zurück zum Zitat Kumar V (2011) In: Sattler K (ed) Handbook of nanophysics: principles and methods. Taylor and Francis, Boca Raton, p 4-1 Kumar V (2011) In: Sattler K (ed) Handbook of nanophysics: principles and methods. Taylor and Francis, Boca Raton, p 4-1
52.
Zurück zum Zitat Neukermans S, Janssens E, Tanaka H, Silverans RE, Lievens P (2003) Phys Rev Lett 90:033401CrossRef Neukermans S, Janssens E, Tanaka H, Silverans RE, Lievens P (2003) Phys Rev Lett 90:033401CrossRef
53.
Zurück zum Zitat Janssens E, Tanaka H, Neukermans S, Silverans RE, Lievens P (2004) Phys Rev B 69:085402CrossRef Janssens E, Tanaka H, Neukermans S, Silverans RE, Lievens P (2004) Phys Rev B 69:085402CrossRef
55.
Zurück zum Zitat Reimann SM, Koskinen M, Häkkinen Lindelof PE, Manninen M (1997) Phys Rev B 56:12147CrossRef Reimann SM, Koskinen M, Häkkinen Lindelof PE, Manninen M (1997) Phys Rev B 56:12147CrossRef
Metadaten
Titel
Evolution of atomic and electronic structure of magnetic Gd-doped gold clusters
verfasst von
Prashant P. Shinde
Brahm Deo Yadav
Vijay Kumar
Publikationsdatum
01.11.2012
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 21/2012
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-012-6632-7

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