基于第一性原理的 IV 族元素复杂低能四面体多晶型物
材料科学
2018-11-14 v1
摘要
碳的能量图景极其复杂，容纳了多样且重要的亚稳相，包括金刚石、富勒烯、纳米管和石墨烯。在此图景中搜索结构，尤其是具有大晶胞的结构，颇具挑战。本文采用结合两种算法（AIRSS 与 RG2）的随机搜索策略，对含多达 100 个碳原子的晶胞施加连通性约束。我们发现了三种低能碳多晶型物（Pbam-32、P6/mmm 与 I-43d），具有新拓扑，其原胞分别含 32、36 与 94 个原子。它们相对于金刚石的能量分别为 96 meV/atom、131 meV/atom 与 112 meV/atom，表明潜在的亚稳性。这三种碳同素异形体是机械与动力学稳定的绝缘碳晶体，具有超硬力学性质。I43d 结构具有 7.25 eV 的直接带隙，为碳同素异形体家族中最宽。Pbam-32、P6/mmm 与 I-43d 的硅、锗与锡版本亦表现出能量、动力学与机械稳定性。计算所得电子性质显示它们是用作半导体与光伏应用的潜在材料。
引用
@article{arxiv.1810.04896,
title = {Complex low energy tetrahedral polymorphs of group IV elements from first-principles},
author = {Chaoyu He and Xizhi Shi and S. J. Clark and Jin Li and Chris J. Pickard and Tao Ouyang and Chunxiao Zhang and Chao Tang and Jianxin Zhong},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.04896},
year = {2018}
}
备注
Accepted; 6 pages; 3 figures; 11 pages of supplementary;