Структура и свойства хирального полиморфа алмаза с кристаллической решеткой типа SA3

Проведено первопринципное исследование хиральной полиморфной разновидности алмаза (SA3), атомы в которой находятся в кристаллографически эквивалентных состояниях. Расчеты структуры и свойств были выполнены при использовании метода теории функционала плотности в обобщенном градиентном приближении. Кристаллическая структура полиморфа алмаза SA3 может быть сформирована в процессе полимеризации плотноупакованных хиральных углеродных нанотрубок (5, 4). Фаза SA3 имеет гексагональную элементарную ячейку с параметрами a = 0.40696 нм и c = 0.24779 нм, в которой содержится шесть атомов углерода. Кристаллическая решетка полиморфа алмаза SA3 принадлежит к пространственной группе симметрии P6122 (P6522). Энергия когезии фазы SA3 равна 0.525 Ридберг / атом, которая только на 9 % меньше энергии когезии кубического алмаза. Молекулярно-динамическое моделирование показало, что структура фазы SA3 должна быть стабильной при нормальных условиях. Хиральный полиморф алмаза может проявлять свойства широкозонного полупроводника, так как его минимальная прямая запрещенная зона на 19 % меньше соответствующей величины для алмаза. Полиморф алмаза SA3 можно однозначно экспериментально идентифицировать с помощью дифракционных и спектральных методов анализа. Установлено, что расчетная порошковая рентгенограмма этой фазы характеризуется пятью наиболее интенсивными максимумами, которым соответствуют следующие межплоскостные расстояния: 0.35244, 0.20309, 0.17622, 0.14361 и 0.11740 нм. Рентгеновский абсорбционный спектр фазы SA3 значительно отличается от подобных спектров алмаза и графита в диапазоне энергий фотонов от 290 до 315 эВ. Рассчитанный спектр комбинационного рассеяния хиральной фазы содержит пять пиков в диапазоне волновых чисел от 660 до 1210 см−1, из‑за чего идентификация фазы SA3 не должна вызвать затруднений.

Структура и свойства алмазоподобной фазы, получаемой из тетрагональных графеновых слоев

В.А. Грешняков, Е.А. Беленков