مطالعه پايداري ساختاري فازهاي fcc - CHx در چارچوب نظريه تابعي چگالي

Theoretical study of the structural stability for fcc-CHx phases using density functional theory

اخيرا وجود ساختار جديدي از كربن تحت عنوان diamonadi -n گزارش شده كه ساختار بلوري آن كاملا مشخص نشده و با توجه به اهميت موضوع مطالعات تجربي و نظري زيادي براي تعيين ساختار و خواص اين فاز جديد كربني در حال انجام است. با توجه به اينكه توليد n - diamond در حضور گازهاي H2 و CHF صورت گرفته، به نظر مي رسد كه اين ساختار جديد كربني خالص نبوده و احتمال حضور هيدروژن در آن وجود دارد. در اين مطالعه، پايداري ساختاري پنج فاز , fcc - CH به روش FP - LAPW و در چارچوب نظريه تابعي چگالي (DFT) بررسي شده است. انرژي كل بر حسب تغيير شكلهاي همگن، تتراگونال و رومبوهدرال محاسبه شده است. ابتدا در بررسي ساختارهاي CH (كاپرايت)، CH (سولفيد روي مكعبي)، CH (سديم كلرايد) و CH (فلورايت)، مشاهده شد كه براي اين چهار تركيب، منحني انرژي كل بر حسب تغيير شكلهاي همگن و رومبوهدرال داراي كمينه است اما در تغيير شكل تتراگونال ناپايدارند. در ادامه، پايداري ساختار CHF (پيريت) را بررسي كرده و دريافتيم كه CH2 (پيريت) با جايگاههاي اتمهاي هيدروژن در 0 / 35=l و ثابت شبكه A 3 / 766 از نظر كشساني پايدار است و مي تواند توضيح قابل قبولي براي مشاهدات تجربي توليد diamond-7 در حضور هيدروژن با متان باشد.

Recently, a new hard allotropic form of carbon, namely n-diamond, obtained with a gaseous precursor containing CH4 and Hhas been reported. So n-diamond may include hydrogens atoms in the carbon lattice. In this work, we evaluate the structural stability of five fcc-CH, phases within the dencity functional theory using FP-LAPW method. The total energy is obtained as a function of the isotropic, tetragonal and rhombohedral deformations for the bulk structures. First we analyze the C2H(cuprite), CH(zincblende), CH(rocksalt) and CH_(fluorite) structures. It is found that the four systems show a minimum in the total energy for the isotropic and rhombohedral deformations, but are unstable against tetragonal deformation. In the second part, we explore the structural stability of CH2 in the pyrite structure. We find that CH (pyrite) with the hydrogen atoms defined by the internal parameter u=0.35 and a lattice parameter of 3.766 Å is elastically stable, providing a possible explanation for the experimental observation of fcc-carbon in materials prepared in the presence of hydrogen or methane