مطالعه پایداری ساختاری فازهای fcc-CHX در چارچوب نظریه تابعی چگالی

Abstract

اخیراً وجود ساختار جدیدی از کربن تحت عنوان n-diamond گزارش شده که ساختار بلوری آن کاملا مشخص نشده است. با توجه به اهمیت موضوع، مطالعات تجربی و نظری زیادی برای تعیین ساختار و خواص این فاز جدید کربنی در حال انجام است. مطالعات انجام شده همگی با فرض خالص بودن این ساختار است، از طرفی با مطالعه روش‌های تولید n-diamond که در حضور گازهای H2 و CH4 صورت گرفته، به نظر می‌رسد که این ساختار جدید کربنی خالص نبوده و احتمال حضور هیدروژن در آن وجود دارد. در این مطالعه، پایداری ساختاری پنج فاز fcc-CHx به روش FP-LAPW و در چارچوب نظریه تابعی چگالی ( DFT ) بررسی شده است. انرژی کل بر حسب تغییر شکل‌های همگن، تتراگونال و رومبوهدرال محاسبه شده است. ابتدا ساختارهای C2H (کاپرایت)، CH (سولفید روی مکعبی)، CH (سدیم کلراید) و CH2 (فلورایت) را تحلیل کرده‌ایم. برای این چهار ترکیب، منحنی انرژی کل بر حسب تغییر شکل‌های همگن و رومبوهدرال دارای کمینه است اما در تغییر شکل تتراگونال ناپایدارند. در ادامه، پایداری ساختار CH2 (پیریت) را بررسی کرده و دریافتیم که CH2 (پیریت) با جایگاه‌های اتم‌های هیدروژن در u=0.35 و ثابت شبکه Å 3.766 از نظر کشسانی پایدار است و می‌تواند توضیح قابل قبولی برای مشاهدات تجربی n-diamond در مواد مهیا شده در حضور هیدروژن و متان باشد. در ادامه، ساختار نواری و ویژگی‌های اپتیکی CH2 (پیریت) محاسبه و با نتایج تجربی موجود، مقایسه شده است.