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yalefield金蟲 (文壇精英)
老漢一枚
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上次是三尖兩刃碳，這次是密密麻麻碳 已有1人參與
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三尖兩刃碳： T-Carbon，純粹是算出來的咯（http://www.gaoyang168.com/bbs/viewthread.php?tid=3129093） 密密麻麻碳：Denser than diamond: Ab initio search for superdense carbon allotropes（http://prb.aps.org/abstract/PRB/v83/i19/e193410） 美國物理學(xué)家組織網(wǎng)2011年6月9日報(bào)道 美國紐約州立大學(xué)石溪分校的科學(xué)家通過模擬發(fā)現(xiàn)了3種可穩(wěn)定存在的新型碳結(jié)構(gòu)。這些材料的密度超過現(xiàn)有三維材料中密度最大的鉆石，具有獨(dú)特的電子和光學(xué)性能，如能成功合成，將成為材料學(xué)領(lǐng)域的一大突破。 相關(guān)論文6月7日發(fā)表在《物理評論B》（Physical Review B）雜志網(wǎng)絡(luò)版上。 碳是地球上最常見的一種元素，但其原子的不同組合和結(jié)構(gòu)方式卻造就了多種“身懷絕技”的同素異形體：從柔軟的石墨到超硬的鉆石，從具有完美結(jié)構(gòu)的富勒烯到超級(jí)材料碳納米管。幾乎每一種對碳結(jié)構(gòu)的修改都導(dǎo)致了新的技術(shù)革命，與碳結(jié)構(gòu)相關(guān)的研究在15年內(nèi)被授予了兩次諾貝爾獎(jiǎng)（有關(guān)富勒烯的研究1996年被授予諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，有關(guān)石墨烯的研究2010年被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）。 為了探討是否存在比鉆石密度更大的碳結(jié)構(gòu)，研究人員朱強(qiáng)（音）和地質(zhì)與物理學(xué)教授阿特穆斯·歐甘納夫在不同的溫度和壓力下對碳原子的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了模擬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了3種可能存在的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，它們分別被命名為hP3、tI12和tP12。 模擬結(jié)果顯示，這3種結(jié)構(gòu)的硬度雖然都未超過鉆石，但它們的密度卻分別比鉆石高出1.1%到3.2%，而更高的密度則意味著更好的導(dǎo)電性能和更優(yōu)異的色散性和折射率，這將使其比鉆石更加光彩奪目。 研究人員通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，3種材料的帶隙從3.0伏特到7.3伏特各不相同。帶隙是半導(dǎo)體或絕緣體的價(jià)帶頂端至傳導(dǎo)帶底端的能量差距，是材料電子結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要特征。其中tP12具有目前碳同素異形體中最大的帶隙，這使其有望成為超導(dǎo)體和新型電子工程材料的有力候選人。 其他有趣的特性包括超低壓縮性。當(dāng)受到壓力時(shí)，新結(jié)構(gòu)耐壓性能比目前絕大多數(shù)材料都要好，甚至比目前的紀(jì)錄保持者鉆石還要稍勝一籌。 研究人員稱，在合成上目前雖然還沒有什么明確的路徑，但在高溫高壓下對石墨或無定形碳（碳同素異形體的一大類，沒有特定的原子晶體結(jié)構(gòu)）進(jìn)行擠壓或許能得到一小部分這種新材料。 歐甘納夫說，碳在結(jié)構(gòu)上的變化使其在物理上具有無窮無盡的應(yīng)用價(jià)值，如果這些預(yù)測的材料得以成功合成，將是材料學(xué)的一大突破，也將為計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域帶來新的變革。 Denser than diamond: Ab initio search for superdense carbon allotropes Qiang Zhu1,*, Artem R. Oganov1,2, Miguel A. Salvadó3, Pilar Pertierra3, and Andriy O. Lyakhov1 Diamond has the highest number density (i.e., the number of atoms per unit volume) of all known substances and a remarkably high valence electron density (rws = 0.697 ?). Searching for possible superdense carbon allotropes, we have found three structures (hP3, tI12, and tP12) that have significantly greater density. The hP3 and tP12 phases have strong analogy with two polymorphs of silica (β-quartz and keatite), while the tI12 phase is related to the high-pressure SiS2 polymorph. Furthermore, we found a collection of other superdense structures based on the motifs of the aforementioned structures, but with different ways of packing carbon tetrahedra, and among these the hP3 and tI12 structures are the densest. At ambient conditions, the hP3 phase is a semiconductor with the GW band gap of 3.0 eV, tI12 is an insulator with the band gap of 5.5 eV, while tP12 is an insulator, the band gap of which is remarkably high (7.3 eV), making it the widest-gap carbon allotrope. These allotropes are metastable and have comparable to diamond or slightly higher bulk moduli; their Vickers hardnesses are calculated to be 87.6 GPa for hP3, 87.2 GPa for tI12, and 88.3 GPa for tP12, respectively, thus making these allotropes nearly as hard as diamond (for which the same model gives the hardness of 94.3 GPa). Superdense carbon allotropes are predicted to have remarkably high refractive indices and strong dispersion of light. Physical Review B 原文鏈接：http://prb.aps.org/abstract/PRB/v83/i19/e193410 |
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