Структура, электронные свойства и устойчивость углеродных бислоев из атомов в sp³-гибридизированных состояниях
Грешняков В.А., Беленков Е.А.

Received: April 16, 2021

DOI: 10.31857/S0044451021120099

PDF (1470K)

Выполнено квантовомеханическое моделирование структуры и свойств слоевых полиморфных разновидностей алмаза, называемых алмазоподобными бислоями. Алмазоподобные бислои (DL) представляют собой полностью полимеризованные бислойные графены L₆, L_4-8, L_3-12, L_4-6-12 и L_5-7. Расчеты, выполненные методом теории функционала плотности, показали, что алмазоподобные бислои могут быть получены в результате сильного одноосного сжатия исходных бислойных графенов перпендикулярно плоскости этих слоев в диапазоне давлений от 8.6 до 51.4 ГПа. Использование в качестве предшественников графеновых слоев, состоящих из топологических дефектов, приводит к снижению давления фазового перехода в несколько раз по сравнению с обычным графеном L₆. Минимальная слоевая плотность (0.98 мг/м²) соответствует бислою DL_4-6-12 с наибольшим диаметром пор (4.56 A). Все изученные алмазоподобные бислои, в отличие от графена и алмаза, должны быть полупроводниками с шириной прямой запрещенной зоны от 1.36 до 2.38 эВ. В результате молекулярно-динамического моделирования установлено, что при нормальном давлении бислои DL₆, DL_4-8, DL_4-6-12 и DL_5-7 могут быть устойчивыми при 300 К, тогда как бислой DL_3-12 должен быть неустойчив при температурах выше 260 К. Наиболее устойчивый алмазоподобных бислой DL₆ и трехмерная фаза на его основе должны обладать высокими механическими характеристиками. Этот бислой может быть однозначно идентифицирован в синтезированных углеродных материалах по теоретически рассчитанному спектру комбинационного рассеяния и абсорбционному рентгеновскому спектру.