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碳晶体结构理论计算研究获进展

  碳晶结构理论计算研究进展

  \\ u0026碳是自然界中分布最广泛的基本元素之一。元素碳通常以金刚石和石墨的晶体形式存在。在过去的二十年里,随着碳纳米管和笼状富勒烯(C60)的发现,人们期待发现新的三维碳晶体结构并做大量的实验和理论工作。 2009年,日本东北大学和中国吉林省的研究小组陆续提出了K4和M型碳晶体结构。在热力学结构稳定性公布之后,K4结构被否定,并且通过实验观察和理论计算证明M型晶体结构是在高压相变过程中从石墨到金刚石的过渡态。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理实验室(筹)王建涛研究员,王定生研究员及其合作者陈长风教授日本内华达大学物理系东北大学金属材料研究所川东教授按第一原理计算对碳三维晶体结构的结构稳定性进行了系统的研究。理论计算表明,面心立方晶体结构的C136笼状晶格是金刚石和石墨之后的第三个碳稳定晶体结构。钠包合物-I:Na8Si46早在1965年就已经被发现。最近的包合物-II:Na24-xSi136,JACS,131,9642 2009)等等。 C136晶体具有与Si136相同的结构,并且包含八个C28笼和十六个C20笼状结构。每个C28的四个碳六元环对应于钻石结构中的四个CC键,形成类似钻石的表面心立方晶格。作为第三稳定碳结构的晶体结构可以在很宽的体积范围内(右)存在于金刚石和石墨的两种晶体形式之间。声子谱计算表明,C136晶体具有良好的热力学结构稳定性。压力效应研究表明,碳结构可以通过高压合成。在17GPa附近存在从石墨到C136结构的高压相变。这些结果为这类碳晶体结构的实验合成提供了重要的理论支持,对于理解碳晶体结构和相关物理性质具有广泛的科学意义。相关部分的研究成果发表于2010年3月22日出版的“应用物理学报”107,063507(2010)。这项工作得到了国家自然科学基金和中国科学院重点知识创新工程的支持。 (来源:中国科学院物理研究所)

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