Предсказано существование еще трех модификаций углерода

Международная группа ученых-кристаллографов предсказала существование сверхплотных аллотропов углерода. Отметим, что в составе группы работает и российский ученый Артем Оганов, выпускник Московского государственного университета.

Аллотропическими модификациями называют образуемые химическим элементом простые вещества, которые отличаются по своим свойствам и строению. Для примера можно назвать аллотропные модификации углерода – графит, алмаз, графен, фуллерены и нанотрубки. Причем графен принято считать самым плотным двумерным материалом в природе, а плотность атомов алмаза в трехмерной кристаллической решетке является рекордом для трехмерных структур.

Проведя серию расчетов из первых принципов, группа ученых обратила внимание на то, что в результате оказалось возможным существование сразу трех аллотропных модификаций углерода, которые должны по плотности упаковки атомов в кристаллической решетке превосходить алмаз на 3%. Новые метастабильные модификации получили обозначение hP3, tI12 и tP12. Первые два аллотропа по своим свойствам аналогичны модификациям SiO2 (кититу и кварцу), а свойства tP12 похожи на таковые у одной из модификаций SiS2.

Ученые выяснили, что аллотроп hP3 в обычных условиях должен обладать свойствами полупроводника с шириной запрещенной зоны в 3.0 эВ, а tI12 и tP12 будут диэлектриками и обладать гораздо большими запрещенными зонами (5.5 и 7.3 эВ соответственно). Последняя характеристика является самой большой для всех когда-либо измеренных или предсказанных модификаций углерода.

Также ученые отмечают, что найденные аллотропы отличаются очень большими показателями преломления, а также модуль всестороннего сжатия, сопоставимый с алмазом, который характеризует необходимое давление для уменьшения объема, занимаемого материалом. Расчетная твердость по Виккерсу составляет 87.6 ГПа для hP3, 88.3 ГПа для tP12 и 87.2 ГПа для tI12. Если такую же теоретическую модель использовать для оценки свойств алмаза, то его расчетная твердость будет несколько выше – 94.3 ГПа.

Авторы исследования полагают, что на практике предсказанные формы углерода можно получить, используя ударное сжатие менее плотных модификаций.

По материалам science.compulenta.ru