Моделирование процесса формирования алмазоподобных фаз из структурных разновидностей тетрагонального графита

Е.А. Беленков1, В.А. Грешняков1
1Челябинский государственный университет, ул. Братьев Кашириных 129, 454001, г. Челябинск
Аннотация
Исследованы фазовые переходы тетрагональных графитов L4-8 в алмазоподобные фазы LA7, LA8 и LA10.В данной работе выполнено теоретическое исследование фазовых превращений различных структурных модификаций тетрагонального графита L4-8 в алмазоподобные фазы при использовании метода теории функционала плотности в приближении локальной плотности (ПЛП) и обобщенном градиентном приближении (ОГП). Были рассмотрены основные разновидности графита L4-8 со следующей упаковкой графеновых слоев: AA (пространственная группа P4/mmm), AB (I4/mmm) и ABCD (I41/amd). Анализ показал, что из этих графитов при сжатии могут быть получены алмазоподобные фазы LA6 (Imma), LA7 (Cmcm) и LA10 (I41/amd). Установлено, что алмазоподобная фаза LA6 может быть получена из графита L4-8 AA при давлении 44 ГПа. Фаза LA7 может быть сформирована из тетрагонального графита L4-8 AB в диапазоне давлений от 43 до 46 ГПа. Структура алмазоподобной фазы LA10 может быть получена только из графита L4-8 с упаковкой слоев ABCD в области давлений от 32 до 40 ГПа. Расчеты показали, что структурные переходы «графит L4-8 AA → фаза LA6», «графит L4-8 AB → фаза LA7» и «графит L4-8 ABCD → фаза LA10» являются экзотермическими фазовыми переходами первого рода, в результате которых выделяется энергия ~ 0.5, 0.5 и 0.3 эВ/атом, соответственно. Энергетические барьеры, которые необходимо преодолеть для наблюдения обратных фазовых переходов «LA6 → графит L4-8 AA», «LA7 → графит L4-8 AB» и «LA10 → графит L4-8 ABCD», составляют 0.38, 0.34 и 0.18 эВ/атом (ПЛП-расчеты) или 0.31, 0.28 и 0.13 эВ/атом (ОГП-расчеты), соответственно. Возможный способ синтеза фаз LA6, LA7 и LA10 – сильное сжатие графита L4-8 вдоль кристаллографической оси [001] при низких температурах.
Получена: 22 июня 2017   Принята: 21 августа 2017
Просмотры: 48   Загрузки: 18
Ссылки
1.
A. R. Verma, P. Krishna. Polymorphism and polytypism in crystals. New York-London-Sydney: John Wiley & Sons, Inc., 1966, 341 p.
2.
E. A. Belenkov, V. A. Greshnyakov. New Carbon Materials. 28 (4), 273 – 282 (2013). DOI: 10.1016 / S1872–5805 (13) 60081 – 5
3.
Yu. E. Kitaev, M. I. Aroyo, J. M. Perez-Mato. Phys. Rev. B. 75 (6), 064110 (2007). DOI: 10.1103 / PhysRevB.75.064110
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. Phys. Solid State. 58 (10), 2145 – 2154 (2016). DOI: 10.1134 / S1063784216100133 [Е. А. Беленков, В. А. Грешняков. ФТТ. 58 (10), 2069 – 2078 (2016)]
6.
D. S. Lisovenko, Yu. A. Baimova, L. Kh. Rysaeva, V. A. Gorodtsov, S. V. Dmitriev. Phys. Solid State. 59 (4), 820 – 828 (2017). DOI: 10.1134 / S106378341704014X [Д. С. Лисовенко, Ю. А. Баимова, Л. Х. Рысаева, В. А. Городцов, С. В. Дмитриев. ФТТ. 59 (4), 801 – 809 (2017)]
7.
K. S. Grishakov, K. P. Katin, M. M. Maslov. Adv. Chem. Phys. 2016, 1862959 (2016). DOI: 10.1155 / 2016 / 1862959
8.
A. E. Galashev, O. R. Rakhmanova. Phys. Usp. 57 (10) 970 – 989 (2014). DOI: 10.3367 / UFNe.0184.201410c.1045 [А. Е. Галашев, О. Р. Рахманова. УФН. 184 (10), 1045 – 1065 (2014)]
9.
J. A. Baimova, Bo Liu, S. V. Dmitriev, K. Zhou. Physica Status Solidi RRL. 8 (4), 336 – 340 (2014). DOI: 10.1002 / pssr.201409063
10.
V. A. Greshnyakov, E. A. Belenkov. Letters on Materials. 6 (3), 159 – 162 (2016). DOI: 10.22226 / 2410‑3535‑2016‑3‑159‑162 [В. А. Грешняков, Е. А. Беленков. Письма о материалах. 6 (3), 159 – 162 (2016)]
11.
J. P. Perdew, A. Zunger. Phys. Rev. B. 23 (10), 5048 – 5079 (1981). DOI: 10.1103 / PhysRevB.23.5048
12.
J. P. Perdew, K. Burke., M. Ernzerhof. Phys. Rev. Lett. 77, 3865 – 3868 (1996). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.77.3865.10062328
13.
V. A. Greshnyakov, E. A. Belenkov. Tech. Phys. 61 (10), 1462 – 1466 (2016). DOI: 10.1134 / S1063784216100133 [В. А. Грешняков, Е. А. Беленков. ЖТФ. 86 (10), 20 – 24 (2016)]
14.
V. A. Greshnyakov, E. A. Belenkov. J. Exp. Theor. Phys. 124 (2), 265 – 274 (2017). DOI: 10.1134 / S1063776117010125 [В. А. Грешняков, Е. А. Беленков. ЖЭТФ. 151 (2), 310 – 321 (2017)]