Структура и свойства алмазоподобной фазы, получаемой из тетрагональных графеновых слоев

В.А. Грешняков1, Е.А. Беленков1
1Челябинский государственный университет, ул. Братьев Кашириных 129, 454001, Челябинск
Аннотация
В данной статье методом теории функционала плотности в обобщенном градиентном приближении выполнены расчеты кристаллической структуры и свойств углеродной алмазоподобной фазы LA10, в которой все атомные позиции являются кристаллографически эквивалентными. Структура алмазоподобной фазы LA10 модельно может быть получена в результате полимеризации тетрагональных графеновых слоев L4-8, состоящих из четырехчленных и восьмичленных структурных звеньев. Кристаллическая решетка фазы LA10 относится к тетрагональной сингонии (пространственная группа симметрии – I41/amd). Объемно-центрированная тетрагональная элементарная ячейка этой фазы имеет следующие значения параметров: a = 3.581 Å, c = 8.611 Å и Z = 16 атомов. В результате расчета зонной структуры и плотности электронных состояний установлено, что алмазоподобная фаза LA10 представляет собой широкозонный полупроводник c шириной запрещенной зоны от 5.0 эВ до 6.1 эВ. Кроме того, фаза LA10 должна обладать высокими прочностными характеристиками: твердость по Нупу составляет 72.3 ГПа, модуль объемной упругости равен 351 ГПа. Расчеты показали, что фаза LA10 должна быть устойчивой при нормальных условиях, так как энергия сублимации этой фазы только на 6.9 % меньше соответствующей энергии кубического алмаза. Наиболее вероятный способ экспериментального получения фазы LA10 заключается в сильном статическом сжатии графита, состоящего из тетрагональной полиморфной разновидности графена, перпендикулярно графеновым слоям. Экспериментально идентифицировать данную алмазоподобную фазу можно по теоретической порошковой рентгенограмме, рассчитанной в данной работе. Расчетная рентгенограмма фазы LA10 достаточно сильно отличается от рентгенограмм кубического алмаза и лонсдейлита, но очень близка к рентгенограмме гексагонального графита.
Получена: 12 марта 2016   Принята: 09 июня 2016
Просмотры: 201   Загрузки: 50
Ссылки
1.
H.O. Pierson. Handbook of carbon, graphite, diamond, and fullerenes: properties, processing, and application. Park Ridge: Noyes, 1993, 402 p.
2.
J.A. Baimova, Bo Liu, S.V. Dmitriev, K. Zhou. Physica Status Solidi RRL. 8 (4), 336-340 (2014). DOI: 10.1002/pssr.201409063
3.
E.A. Korznikova, J.A. Baimova, S.V. Dmitriev, A.V. Korznikov and R.R. Mulyukov. Reviews on Advanced Materials Science. 39 (1/2), 92-98 (2014).
4.
E.A. Belenkov, V.A. Greshnyakov. Physics of the Solid State. 57 (1), 205-212 (2015). DOI: 10.1134/S1063783415010047 [Е.А. Беленков, В.А. Грешняков. Физика твердого тела. 57 (1), 192-199 (2015)]
5.
E.A. Belenkov, V.A. Greshnyakov. Physics of the Solid State. 57 (6), 1253-1263 (2015). DOI: 10.1134/S1063783415060049 [Е.А. Беленков, В.А. Грешняков. Физика твердого тела. 57 (6), 1229-1239 (2015)]
6.
E.A. Belenkov, V.A. Greshnyakov. Physics of the Solid State. 57 (11), 2262-2271 (2015). DOI: 10.1134/S1063783415110062 [Е.А. Беленков, В.А. Грешняков. Физика твердого тела. 57 (11), 2262-2271 (2015)]
7.
E.A. Belenkov, V.A. Greshnyakov. New Carbon Materials. 28 (4), 273-282 (2013). DOI: 10.1016/S1872-5805(13)60081-5
8.
E.A. Belenkov, V.A. Greshnyakov. Physics of the Solid State. 55 (8), 1754-1764 (2013). DOI: 10.1134/S1063783413080039 [Е.А. Беленков, В.А. Грешняков. Физика твердого тела. 55 (8), 1640-1650 (2013)]
9.
E.A. Belenkov, A.E. Kochengin. Physics of the Solid State. 57 (10), 2126-2133 (2015). DOI: 10.1134/S1063783415100030 [Е.А. Беленков, А.Е. Коченгин. Физика твердого тела. 57 (10), 2071-2078 (2015)]
10.
P. Hohenberg, W. Kohn. Phys. Rev. 136 (3B), 864-871 (1964). DOI: 10.1103/PhysRev.136.B864
11.
J.P. Perdew, K. Burke., M. Ernzerhof. Phys. Rev. Lett. 77, 3865-3868 (1996). DOI: 10.1103/PhysRevLett.77.3865.10062328
12.
V.A. Greshnyakov, E.A. Belenkov. Russian Physics Journal. 57 (6), 731-737 (2014). DOI: 10.1007/s11182-014-0297-4 [В.А. Грешняков, Е.А. Беленков. Известия вузов. Физика. 57 (6), 24-29 (2014)]
13.
K. Li, X. Wang, F. Zhang, D. Xue. Phys. Rev. Lett. 100 (23), 235504 (2008). DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.235504
14.
Ya.S. Umanskii, Yu.A. Skakov, A.N. Ivanov, L.N. Rastorguev, Crystallography, X-Ray Diffraction and Electron Microscopy. Moscow: Metallurgiya, 1982, 632 p. (in Russian)
15.
A.F. Wells. Three-dimensional nets and polyhedra. New York: Wiley, 1977, 268 p.
16.
C. Kittel. Introduction to solid states physics. 7th ed. New York: Wiley, 1996, 673 p.
17.
C.A. Brookes, E.J. Brookes. Diamond and Related Materials. 1(1), 13-17 (1991). DOI: 10.1016/0925-9635(91)90006-V
Цитирования
1.
Беленков Е.А., Грешняков В.А., Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика 9(3), 51-57 (2017).