Fases polimórficas de carbono sp3-hibridado bajo compresión en frío

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Física del estado sólido Física del estado sólido
• Química computacional es la química computacional.

Sus antecedentes:

• El grafito se transforma en carbono superduro bajo compresión en frío.
• La estructura precisa de estos carbonos superduros sigue siendo experimentalmente indeterminada.

Objetivo del estudio:

• Para realizar una extensa búsqueda estructural de las fases cristalinas de alta presión del carbono.
• Clasificar y caracterizar las estructuras de carbono híbridas con sp ((3) recientemente pronosticadas.

Principales métodos:

• Utilizó un algoritmo evolutivo para la búsqueda estructural imparcial.
• Empleó cálculos de la teoría de la densidad-funcional para el análisis de energía y propiedades.
• Espectro simulado de difracción de rayos X (XRD) para la comparación con datos experimentales.

Principales resultados:

• Se identificaron nueve estructuras polimórficas de carbono híbridas de baja energía, sp{3}.
• Estructuras clasificadas basadas en arreglos de apilamiento de capas de grafeno abrochadas.
• Siete nuevas estructuras son más estables que Cco-C(8) (Z-carbono) entre 0 y 25 GPa.
• Varias estructuras predichas muestran módulos elásticos y una dureza comparable al diamante cúbico.
• El Z-carbono-4 exhibe la mayor dureza prevista (93,4).
• La mayoría de las estructuras son ópticamente transparentes.
• Los espectros simulados de XRD se alinean con los datos experimentales de grafito comprimido en frío.

Conclusiones:

• El esquema de clasificación proporciona una estrategia de diseño para los nuevos alotrópicos de carbono híbridos sp ((3)).
• Las estructuras recientemente predichas son energéticamente favorables y poseen propiedades mecánicas deseables.
• Las muestras experimentales de grafito comprimido en frío pueden contener múltiples fases polimórficas de carbono híbrido sp.