Теоретически предсказано существование трёх сверхплотных модификаций углерода
Опубликовано ssu-filippov в 10 июня, 2011 - 04:00
Интернациональная группа кристаллографов, в
которую входит наш соотечественник, выпускник МГУ Артём Оганов (нашим
читателям мы уже рассказывали о некоторых достижениях Артема), предсказала существование сверхплотных аллотропов углерода.
Аллотропическими модификациями химического элемента называют
образуемые им простые вещества, различающиеся по строению и свойствам. В
группу наиболее известных аллотропов углерода входят, к примеру, алмаз,
графит, графен, нанотрубки и фуллерены. Графен считается
самым плотным «двумерным» материалом, а плотность упаковки атомов
(число атомов, находящихся в единице объёма) в алмазе устанавливает
рекорд для трёхмерных структур.
Выполнив расчёты из первых принципов, учёные, однако, обнаружили
сразу три модификации углерода, которые должны существенно — более чем
на 3% — превосходить алмаз по плотности упаковки атомов. Новые
метастабильные аллотропы были обозначены как hP3, tI12 и tP12. Первые
две формы аналогичны модификациям SiO2 (β-кварцу и кититу), а tP12 напоминает одну из модификаций SiS2.
Вычисления показывают, что аллотроп hP3 в нормальных условиях должен
быть полупроводником с запрещённой зоной шириной в 3,0 эВ, а tI12 и
tP12 — диэлектриками с гораздо более широкими запрещёнными зонами (5,5 и
7,3 эВ). Последнее значение стало самым высоким из всех, когда-либо
предсказанных или измеренных для модификаций углерода.
Можно также отметить, что найденные аллотропы имеют чрезвычайно
большие показатели преломления и сравнимый с алмазным (или несколько
больший) модуль всестороннего сжатия, который характеризует давление,
необходимое для уменьшения занимаемого материалом объёма. Расчётная
твёрдость по Виккерсу равна 87,6 ГПа в случае hP3, 87,2 ГПа (tI12) и
88,3 ГПа (tP12). Если абсолютно аналогичную теоретическую модель
применить для оценки свойств алмаза, твёрдость получится чуть более
высокой — 94,3 ГПа.
По мнению авторов, новые формы углерода можно получить путём ударного сжатия менее плотных модификаций.
Qiang Zhu, Artem R. Oganov, Miguel A. Salvadó, Pilar Pertierra and Andriy O. Lyakhov Denser than diamond: Ab initio search for superdense carbon allotropes. – Phys. Rev. B 83. – 2011. – 193410 [4 pages]; DOI: 10.1103/PhysRevB.83.193410. 1. Университет Стони-Брук 2. compulenta.ru - http://www.nanonewsnet.ru/news/2011/teoreticheski-predskazano-sushchestvovanie-trekh-sverkhplotnykh-modifikatsii-ugleroda
|
