Superstructures of Cubic and Hexagonal Diamonds Comprising a Family of Novel $sp^3$ Superhard Carbon Allotropes
提出了立方和六方金刚石（h-和c-金刚石）的超结构，其包含稳定的类金刚石$sp^3$杂化的新型碳同素异形体家族，其被称为$_n$ -碳，其中$n \geq 2$表示晶胞中的结构层的数目。传统的h-和c-钻石分别作为$n=2$和3的成员包含在该家族中。U $_n$ -碳（$n=4-6$），其在能量和热力学上比h-金刚石更稳定，并且具有显著的动力学稳定性，被示出为绝缘体，具有$5.6 \sim 5.8$ eV的间接带隙、$ 3.5 \sim 3.6$ g/cm $^3$的密度、$4.3 \sim 4.4 \times 10^{2}$ GPa的体积模量和$92.9 \sim 97.5$ GPa的维氏硬度，甚至比h-和c-金刚石更硬。模拟的X射线衍射和拉曼光谱的实验表征。碳的这些新结构将在物理学、化学、材料科学和电子物理学中产生引人注目的影响。
2013-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Metastable Carbon at Extreme Conditions
极端条件下的碳是深入科学探究的焦点，因为它对于惯性约束聚变实验的应用和理解富碳系外行星的内部结构非常重要。在最近的动态压缩实验中发现了金刚石在超高压下的极端亚稳性。这项工作解决了一个重要的问题，其他竞争性亚稳碳相的存在，可能会观察到在冲击实验。发现金刚石多型体，具有混合的立方和六方金刚石堆叠平面的碳晶体，是在100和1，000GPa之间的压力下与立方金刚石在能量上竞争的唯一亚稳碳晶体相。高于1 TPa，没有亚稳相被发现是有力的竞争与结晶稳定的BC 8和简单的立方相。低焓金刚石多型体的存在表明，它们可能是冲击波加载金刚石时出现的碳亚稳相的候选者。
2022-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Sub-nanometer-thick native sp2 carbon on oxidized diamond surfaces
本研究针对传统技术难以探测金刚石表面最浅区域化学成分的问题，采用角分辨XPS分析(100)单晶金刚石表层的基团与碳同素异形体深度变化，量化出氧终止金刚石表面sp2碳层厚度为0.4±0.1 nm，明确氧主要与该sp2碳层键合。
2024-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio dielectric response function of diamond and other relevant high pressure phases of carbon
利用密度泛函理论和多体微扰理论计算了碳的金刚石、体心立方金刚石（bc 8）和六方金刚石（朗斯代尔石）相的电子结构和介电性质，重点研究了高压物理和热致密物质中相关固相的激子图像。我们还讨论了再现的非弹性X射线散射光谱的能力，与现有的模型相比，在最近的X射线散射实验的碳和碳轴承材料在兆巴范围。
2019-07-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Two semiconducting three-dimensional all-sp2 carbon allotropes
利用第一性原理方法研究了两种三维全sp2碳同素异形体sp2-金刚石和sp2-石墨的能量稳定性、动力学稳定性和电子性质。1992年，Michael O 'Keeffe预测了石墨的存在（Phys. Rev. Lett.，68，15，1992.）空间群为Pn-3 m（224），而空间群为Fd-3 m（227）的sp2-金刚石未见报道。结果表明，sp2-金刚石结构比K4-碳和T-碳结构更稳定，sp2-石墨结构比超硬M-碳、W-碳和Z-碳结构更稳定，振动性质计算表明两种结构都是动力学稳定的。有趣的是，sp2-金刚石和石墨都表现为半导体，这与以前提出的全sp2碳同素异形体相反。sp2-金刚石是直接带隙为1.66 eV的半导体，而石墨是间接带隙为2.89 eV的半导体。sp2-金刚石和石墨的低密度和完全的sp2构型在储氢、光催化剂和分子筛等方面具有潜在的应用前景。
2012-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Low temperature crystallization of diamond-like carbon films to graphene by low energy plasma surface treatment
采用等离子体表面改性技术在绝缘类金刚石薄膜上制备石墨烯。结果表明，通过脉冲氩等离子体处理和在350 \degreeC下的热退火的组合，可以实现无定形碳到石墨烯的部分结晶。观察到的拉曼光谱对于缺陷石墨烯是典型的-分裂的D-和G-峰以及宽的2D-峰。这一结果非常令人鼓舞，我们希望通过改进这项技术，可以制造出无缺陷的石墨烯，这种石墨烯可以用于电子产品，而不会转移到其他衬底上。
2012-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulations of the growth of thin amorphous hydrogenated carbon films on diamond surface
利用分子动力学模拟方法研究了CH2基团轰击金刚石(111)面所形成的无定形碳氢薄膜(a-C:H)的生长过程.结构分析表明局部结构（例如，C原子的第一配位数）的α-C：H的结构与氢的含量密切相关。入射自由基动能的增加导致a-C：H中氢含量的降低，从而改变了a-C：H中sp3键合碳原子的比例.
2014-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Single electron tunneling as a possible conduction mechanism in diamond like carbon film
在类金刚石薄膜中观察到非线性的电流电压特性，在某些情况下还观察到台阶状特性。我们认为，传输机制是隧道之间的导电纳米粒子的薄膜和观察到的台阶状结构是库仑阻塞的表现在这些薄膜中首次发现。我们指出，在其它碳结构中观察到的类似的电流-电压特性的起源也可能是库仑阻塞现象。
2008-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Current carrying capacity of carbon nanotubes
分析了碳纳米管与理想接触耦合时弹道电子的载流能力。在小的外加电压下，电子仅注入交叉子带，微分电导为$4e^2/h$。在大于$ΔE_{NC}/2e$（$ΔE_{NC}$是第一非交叉子带的能级间距）的施加电压下，电子被注入非交叉子带。这些电子对电流的贡献由布拉格反射和齐纳型子带间隧穿的竞争过程决定。在小直径纳米管中，布拉格反射占主导地位，并且最大微分电导与$4e^2/h$相当。随着纳米管直径的增加，子带间齐纳隧穿可以是不可忽略的，因为$ΔE_{NC}$与直径成反比。结果，随着纳米管直径的增加，微分电导变得大于$4e^2/h$，尽管不能与电子从接触注入的大量子带相比。这些结果可能与最近在大直径多壁纳米管中观察到的电导大于$4e^2/h$的实验有关。
2001-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanotwinned diamond synthesized from multi-core onion carbon
以洋葱碳为前驱体，在多砧高压装置中，在高温高压条件下成功合成了纳米多晶金刚石（NPD）和纳米孪晶金刚石（NtD）。我们发现，选择不同的洋葱碳与空心或多核的微结构导致不同的金刚石产品的NPD或NtD的合成。合成了平均孪晶尺寸为6.8nm的高质量NdD，压痕硬度测试表明其维氏硬度高达180 GPa。发现洋葱碳中存在的堆垛层错而不是各种缺陷是形成孪晶界的关键。在NdD样品中非常高的维氏硬度的起源是由于高浓度的孪晶界。我们的工作提供了一个直接支持的论点，即追求纳米孪晶微观结构是一种有效的策略，以硬化材料，在很好的巧合与著名的霍尔-佩奇效应。
2017-02-25 cond-mat.mtrl-sci
The Microscopic Diamond Anvil Cell: Stabilization of Superhard, Superconducting Carbon Allotropes at Ambient Pressure
通过第一性原理计算预测了金属共价键合的碳同素异形体。它由$sp^3$碳框架组成，通过限制平行顺式聚乙炔链之间的距离来充当金刚石砧座单元。这些$sp^2$碳原子之间的距离使相金属化，并产生两个嵌套良好的几乎平行的带，跨越费米能级。计算表明，这一阶段是一个传统的超导体，与运动的$sp^2$碳的电子声子耦合的关键贡献者。$sp^3$碳原子赋予优异的机械性能，预计维氏硬度为48 GPa。该相在环境条件下是亚稳态的，可以通过将石墨冷压缩到40 GPa来制备。通过改变$sp^2$与$sp^3$的碳含量和掺杂，可以从该相衍生出具有可调超导和机械性能的多功能材料家族。
2022-04-07 cond-mat.mtrl-sci
High-field Current-carrying Capacity of Semiconducting Carbon Nanotubes
结果表明，在半导体碳纳米管的电流饱和是无法区分的金属纳米管，如果载流子密度是由带隙和LO声子能量确定的临界值以上。这一特征源于半导体管中由于带边处的范霍夫奇点而产生的较高数量的载流态。在此临界载流子密度以上，在高场的系综饱和速度被发现是独立的带隙，但强烈依赖于载流子密度，解释最近的观察。
2008-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Deposition of Diamond-like Carbon films using Dense Plasma Focus
采用致密等离子体聚焦（DPF）法在石英衬底上沉积类金刚石（DLC）薄膜。${\rm sp^3}$键的形成及其在膜中的含量强烈地取决于基底，并且似乎石英不是合适的基底。然而，我们在这里报告的DLC膜的形成石英基板上，保持在高温下，并显示碳原子的含量与${\rm sp^3}$键在膜中是成正比的基板的温度。这不仅可以很好地控制薄膜的制造，还可以展示如何在需要保护的材料表面上利用DLC薄膜的抗磨损、抗刮擦性能。
2008-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Crystallization of diamond-like carbon to graphene under low energy ion beam modification
提出了低能离子束改性在绝缘的类金刚石碳膜的顶部产生石墨烯。在这种低温制造过程中，由于点缺陷的产生和离子轰击引起的增强扩散，无定形碳的表面可以结晶为石墨烯。在实验中，使用130 eV氩离子照射。改性后样品表面电阻率下降。在633 nm处测量的样品的拉曼光谱显示部分结晶，并且与缺陷石墨烯的光谱相似。这一结果非常令人鼓舞，我们希望通过改进这一技术，将有可能制造出无缺陷的石墨烯，这种石墨烯可以用于电子产品，而不需要转移到其他衬底上
2011-06-06 cond-mat.mtrl-sci
From diamond to BC8 to simple cubic and back: kinetic pathways to post-diamond carbon phases from metadynamics
Comenius University（布拉迪斯拉发康斯坦丁神学家大学）；University of South Florida（南佛罗里达大学）
利用元动力学和机器学习势，揭示了立方和六方金刚石在1.5 TPa以上转变为后金刚石碳相的原子机制，并确定了BC8和简单立方相的形成条件及可能的实验回收路径。
2025-08-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Interference effects on the ID/IG ratio of the Raman spectra of diamond-like carbon thin films
D-拉曼峰和G-拉曼峰的强度之比（ID/IG）通常用于表征类金刚石碳膜，例如估计sp2簇的数量和尺寸。在本文中，我们调查如何在电影中的干涉效应影响这个比例。结果表明，对于硅衬底上的薄膜，真实比值的畸变可达10%，而对于金属衬底上的薄膜，真实比值的畸变甚至可达40%。如果从测得的ID/IG比得出某些结论，则应考虑这一点。
2011-12-05 cond-mat.mtrl-sci
State-of-the-art models for the phase diagram of carbon and diamond nucleation
本文综述了碳的相图和结晶动力学模型的最新进展。特别是，我们表明，一类特殊的键序势（所谓的LCBOP模型）以及许多已知的结构和热力学性质的碳在高压和高温下。我们将详细讨论LCBOP模型。此外，我们简要回顾了碳的相行为的实验和理论研究的“历史”。使用一个久经考验的版本的LCBOP模型（即LCBOPI+），我们解决了一些更有争议的假设有关的碳的相行为，特别是：建议，液态碳可以存在于两个阶段分离的一阶相变和猜想，钻石可以形成均匀的成核在天王星和海王星。
2009-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Evolution from quartz (qtz) to diamond (dia) carbon allotropes: Crystal engineering and DFT investigations
本研究通过晶体工程与DFT计算，提出从石英拓扑到金刚石拓扑的碳同素异形体转化路径，发现C6超硬、C7可压缩且呈金属性，C8为绝缘体，为设计新型碳材料提供理论依据。
2023-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Role of Characteristic Length Scale in Interface Graphitization-Induced Wear Resistance of Diamond and Amorphous Carbon
Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences（中国科学院宁波材料技术与工程研究所）
通过分子动力学模拟和机器学习势，揭示了金刚石和非晶碳界面石墨化的特征长度尺度差异（30-45 Å vs 8-12 Å）如何决定宏观磨损率，并提出保护特定晶面（如(111)密排面）以调控摩擦诱导石墨化的策略。
2026-06-02 cond-mat.mtrl-sci
A new diamond biosensor with integrated graphitic microchannels for detecting quantal exocytic events from chromaffin cells
从神经内分泌细胞中的儿茶酚胺的量子释放是一个关键的机制，已经用广泛的材料和设备进行了研究，其中包括碳基材料，如碳纤维，类金刚石碳，碳纳米管和纳米金刚石。在目前的工作中，我们证明了一个兆电子伏离子微束光刻技术可以成功地用于制造的全碳微型细胞生物传感器的基础上嵌入在单晶金刚石矩阵的石墨微通道。该装置的功能特点是在体外记录的量子胞吐事件从单个嗜铬细胞，具有高灵敏度和信噪比，开放的前景为实现单片全碳细胞生物传感器。
2013-08-29 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph
Diamond-Like Carbon film from Liquid Gas on Metallic Substrates
采用直流等离子体技术，利用液态气体在铜、铝和钢基体上制备了类金刚石薄膜。红外光谱的吸收表明，生长的薄膜为类金刚石薄膜。通过对50 mAh和200 ${}^\circ$ C下生长的薄膜的室温紫外-可见光谱的解卷积，除了得到CL、PL、PLC和ESR的谱线外，还得到了一些新的谱线。我们还观察到了激子在室温下的吸收线。
1998-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Application of introduced nano-diamonds for the study of carbon condensation during detonation of high explosives
在VEPP-3加速器上，用小角X射线散射（SAXS）方法对TNT/RDX 50/50混合物爆轰过程中纳米金刚石的形成进行了实验研究。提出了一种将纳米金刚石引入炸药中的新实验方法。将爆炸后获得的金刚石加入TNT和RDX炸药中，可以模拟爆炸过程中瞬间产生纳米金刚石的情况。
2008-11-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
On the possibility of a double-well potential formation in diamond-like amorphous carbon
一个微观模型，它描述了具体功能的电子光谱的各种同素异形体形式的无定形碳负责他们的结构特点，提出。结果表明，双阱势的形成是这种行为的一个可能的驱动力。
1998-05-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Uncommon 2D Diamond-like Carbon Nanodots Derived from Nanotubes: Atomic Structure, Electronic States and Photonic Properties
该研究从SWCNT和MWCNT制备准二维类金刚石碳纳米点，结合XPS、拉曼、吸收与PL表征及理论模型，揭示两者局域结构相似但发光机制不同。
2023-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Stress variations near surfaces in diamond-like amorphous carbon
利用经验势方法中的蒙特卡罗模拟，我们研究了四面体非晶碳中表面环境对原子级应力的影响。应力的分布以及sp^2和sp^3原子的分布都是高度不均匀的。它们显示出相同的密切关系，局部应力和成键杂交之前发现在大部分的材料。局部压应力有利于形成sp^3晶位，而局部拉应力有利于形成sp^2晶位。
2006-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Fermi level pinning by defects can explain the large reported carbon 1s binding energy variations in diamond
在过去的三十年里，由于与sp $^2$和sp $^3$键合碳的特征结合能值的明确识别相关的挑战，通过X射线光电子能谱学（XPS）对碳杂化状态的定量评价一直是表面分析问题。虽然sp $^2$结合能已得到充分确定，但文献中对sp $^3$值存在分歧。在这里，我们使用密度泛函理论计算了纯金刚石和掺杂金刚石模型结构的结合能值。模拟结果表明，金刚石的大带隙允许缺陷钉扎费米能级，这导致sp $^3$键合碳的C（1s）核心电子能量变化很大，与文献报道的sp $^3$碳的实验C（1s）结合能值的宽范围一致.费米能级钉扎硼证明了实验的C（1s）结合能的高掺硼超纳米金刚石，是在良好的协议模拟。
2019-05-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Ab initio study of the formation of transparent carbon under pressure
体心四碳（bct-碳）同素异形体已被预测为在压力下获得的透明碳多晶型物。模拟了从石墨到金刚石、M-碳和bct-碳的结构转变途径，发现石墨-bct转变的最低激活势垒。此外，由于其垂直的石墨烯状结构，bct-碳具有比金刚石更高的剪切强度。我们的研究结果提供了一个可能的解释通过冷压缩石墨的透明碳同素异形体的形成。我们还证实了这种同素异形体的硬度足以使金刚石开裂。
2010-09-29 cond-mat.mtrl-sci
T-Carbon: A Novel Carbon Allotrope
通过第一性原理计算预测了一种结构稳定的晶态碳同素异形体。这种同素异形体可以通过用碳四面体取代金刚石中的每个原子而得到，并且具有与金刚石相同的空间群Fd^1 3 m，因此被称为T-碳。几何性质、振动性质和电子性质的计算表明，T-碳具有相当的结构稳定性和低得多的密度（1.50g/cm ~ 3），是一种直接带隙约为3.0eV的半导体，其维氏硬度比金刚石低61.1GPa，但与立方氮化硼相当。这种形式的碳，一旦获得，将有广泛的应用在催化剂，吸附，储氢和航空航天材料。
2011-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Viscoplastic Properties and Tribological Behavior of Diamond-Like Carbon Films Using Nanoindentation and Nanoscratch Tests
类金刚石碳（DLC）薄膜具有多种摩擦学特性：在超高真空（UHV）下，摩擦系数低至0.01或更低，磨损非常轻微;或者摩擦系数非常高（>0.4），磨损剧烈。这些行为主要取决于气体环境，薄膜的氢含量[1]，以及其粘塑性[2，3]。对于a-C：H薄膜和氟化样品（a-C：F：H），的确建立了超高真空中的超低摩擦和粘塑性之间的关系。在这项研究中，纳米压痕和nanoscratch测试在环境空气中进行，使用纳米压痕仪，以评估摩擦学行为，以及不同的非晶碳膜的机械和粘塑性性能。
2007-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Jahn-Teller Effect in Diamond-like Carbon Film
利用Jahn-Teller效应半理论地分析了Si衬底上类金刚石薄膜的紫外-可见光谱。对典型薄膜的紫外-可见吸收光谱进行解卷积，发现不同的吸收谱线，每个样品中有6条谱线与$\V^\circ$的Jahn-Teller效应有关。我们的理论方法的基础上的变形的$\V^\circ$的应力在薄膜中的后果，是与实验结果一致。发现薄膜中应力降低时，Jahn-Teller线向$\V^\circ$零声子线方向移动。讨论了室温谱与低温谱的差异。我们发现，在应力作用下，薄膜中$\V^\circ$的激发态分裂比基态分裂大一倍。
1998-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of a new carbon nanotube analogue: the diamond nanothread
基于非平衡分子动力学模拟，我们研究了一种新型超薄一维碳纳米材料-金刚石纳米线（DNT）的热导率。与单壁碳纳米管（CNT）不同，DNT中Stone-Wales相变的存在赋予了其更丰富的热输运特性。输运区由波控区向粒子控区转变，这取决于多苯环的长度。然而，独立的传输区域，在具有不同长度的聚苯环的DNT中观察到热导率的强长度依赖性。DNT中独特的SW特性提供了更多的自由度来调节CNT的均匀结构中未发现的热导率。因此，DNT是一个理想的平台，研究各种热传输机制在纳米尺度上。其高可调谐性提高了为不同应用设计DNT的潜力，例如热连接和温度管理。
2015-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Detection of acoustic phonons in carbon by Raman spectroscopy
Central European Institute of Technology, Brno University of Technology（中欧技术研究所，布尔诺理工大学）；Jilin Diamond Technology Research & Development（吉林钻石技术研发有限公司）
本研究通过拉曼光谱结合密度泛函理论计算，在石墨和金刚石中检测到声学声子，利用晶格非晶化和硼掺杂激活禁戒模式，并发现金刚石中类似石墨的无序，方法可推广至其他材料。
2026-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Study of depth profile of hydrogen in hydrogenated diamond like carbon thin film using ion beam analysis techniques
采用非对称电容耦合射频等离子体技术，在室温下，通过改变甲烷流量，在硅衬底上沉积了氢化类金刚石（HDLC）薄膜。这些薄膜在高真空和高温炉中进行退火。利用氟离子束与高密度脂蛋白的核反应中6.44 MeV的共振氢深度剖析了所制备和退火的高密度脂蛋白膜。所制备的薄膜表现出不均匀的深度分布的氢：它随深度而减少。真空退火导致薄膜中氢的大量脱附。轰击束也会引起氢的损失，尽管损失的比例要低得多。膜也经历了温和的碳损失，如质子背散射光谱所示，在高真空退火。氢在退火薄膜中的深度分布表明，在薄膜和衬底之间的界面附近存在石墨碳。
2013-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Role of fluctuation, disorder and catalyst in graphite-diamond transition
采用半经验分子动力学模拟研究了压力诱导石墨向金刚石的结构转变。结果表明，石墨-金刚石转变是一个涨落较大的协同过程。通过在传统的碳键紧束缚哈密顿量中引入一个简单的模型，研究了催化剂辅助效应。结果表明，石墨中的弱无序不仅加速了向立方金刚石的转变，而且可能是碳的高压多晶型（如六方金刚石）的起源。
2001-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Metastability and Ostwald Step Rule in the Crystallisation of Diamond and Graphite from Molten Carbon
研究利用第一性原理机器学习势模拟液态碳结晶，发现金刚石经经典成核形成，而亚稳石墨经低密度涨落的两步路径优先生成并阻碍向金刚石转变，体现 Ostwald 步进规则。
2025-06-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
How carbon vacancies can affect the properties of group IV color centers in diamond: A study of thermodynamics and kinetics
最近，人们对使用来自周期表的第IV族元素来制造和研究金刚石中的X $V$色心产生了很大兴趣，其中X = Si、Ge、Sn或Pb，并且$V$是碳空位。这些IV族色心具有许多有趣的自旋和光学性质，这可能使它们比N个$V^-$中心更好地用于量子计算和量子信息处理中的重要应用。不幸的是，在金刚石中产生这些X $V$色心所需的完全相同的离子注入工艺也必然产生许多碳空位（$V_{\rm C}$），其可以与这些色心（$V_{\rm C}-$ X $V$）形成复合物，这可以显著地影响孤立的X $V$色心的性质。这项工作的主要重点是使用密度泛函理论（DFT）来研究这些$V_{\rm C}-$ X $V$复合物的形成的热力学和动力学，并建议实验方法来阻止这一过程，如通过化学掺杂或施加外部电偏压改变费米能级的主机金刚石材料。我们还包括一个讨论如何简单的存在下，许多$V_{\rm C}$可以产生负面影响的自旋相干时间（$T_2$）的第四组颜色中心通过声学声子的存在。
2020-03-24 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigations in the carbon silicon system of novel tetragonal C8 (diamond) and Si8 allotropes and binary Si4C4 phase
基于晶体化学原理，采用密度泛函理论（DFT）对C8、Si 8和碳化硅Si 4C 4的基态能量和物理性质进行优化，提出了新的扩展网络结构.碳和硅的两种同素异形体以及碳化硅属于原始四方空间群P-4 m2 Number 115。C8同素异形体结构的角共享C4和Si 4四面体是由电荷密度投影显示sp3样碳杂化。通过仔细的对称性分析，C8的对称性分析表明它是立方金刚石的另一种表示，空间群F-d3 m编号227。C8被确定为超硬，具有类似的维氏硬度。对C_8的兴趣是作为研究Si_8和Si-C二元系的模板。Si 8同素异形体被发现是软的，HV =13 GPa，类似于立方Si，并且Si 4C 4被识别为HV =33 GPa，接近于实验SiC。所有这三个新的阶段是机械（弹性常数）和动力学（声子）稳定，和他们的电子能带结构的绝缘C8（金刚石）与约5 eV的大带隙，和半导体Si 8和Si 4C 4的带隙约为1 eV的特征。
2022-09-05 cond-mat.mtrl-sci
D-carbon: A New sp3 Carbon Allotrope
我们采用从头计算方法研究了一种新的sp3碳晶相（空间群D2 h5，Pmma-斜方晶系）D-碳的结构、力学和电子性质。总能量计算表明，D-碳是积极的比以前提出的T6结构更有利。最先进的理论计算表明，这种新相在零压力下具有动力学、机械和热稳定性，并且在63.7 GPa以上比石墨更稳定。重要的是，计算表明，D-碳具有高的维氏硬度（86.58 GPa）和体积模量（369 GPa），这与金刚石相当。D-碳是一种半导体，其带隙为4.33 eV，低于金刚石的带隙（5.47 eV）。模拟的X射线衍射图是在令人满意的协议与以前的实验数据在烟囱或爆轰烟尘，表明它可能存在于标本。同样重要的是，已经研究了从金刚石到D-碳的可能过渡路径，表明了合成这种新相的可能方法。
2017-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Boron-Doping Effects on Local Structures of Semiconducting Ultrananocrystalline Diamond/Hydrogenated Amorphous Carbon Composite Thin Films Fabricated via Coaxial Arc Plasma: an X-ray Absorption Spectroscopic Study
利用同轴电弧等离子体技术制备的超纳米金刚石/氢化非晶碳复合薄膜具有金刚石颗粒嵌入非晶碳和氢化非晶碳基体中的显著结构特征。由于非晶性质产生更大的光吸收系数，以及与紫外线的光致载流子的产生源，这些薄膜可以是深紫外光电探测器应用的潜在候选人。从一些以前的研究中，p型导电的薄膜已实现通过掺杂硼在实验条件下。此外，他们的光学和电学特性进行了研究以前。然而，在很大程度上影响器件的物理性能的键合结构还没有被研究。本文对近边X射线吸收精细结构光谱进行了表征。结果表明，在掺硼初期，金刚石表面优先形成σ* C-B键态，导致结构畸变。进一步掺杂到膜中减少了不饱和键如π* C=-C的量，这可能是器件性能劣化的原因。我们的工作提出了一个基本的情况下模型的局部结构的薄膜上的硼掺杂的影响。
2021-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Photothermal effects during nanodiamond synthesis from a carbon aerogel in a laser-heated diamond anvil cell
纳米金刚石由于其在室温下具有显着的光稳定性和长的自旋相干时间的色心的能力，已经成为量子计算、生物标记和传感的有前途的材料。最近，一种自下而上的，高压，高温（HPHT）的方法被证明是从无定形碳前体在激光加热金刚石对顶砧单元（LH-DAC），这是由近流体静力学惰性气体压力介质的支持下生长纳米金刚石与色心。然而，光热加热及其对金刚石生长的影响，包括相转化条件和色心形成的温度依赖性的详细了解，还没有报道。在这项工作中，我们测量黑体辐射LH-DAC从碳气凝胶合成纳米金刚石，以检查这些温度依赖性的影响。黑体温度测量表明，纳米金刚石生长可以发生在16.3 GPa和1800 K。我们使用米氏理论和解析热输运来开发预测光热加热模型。该模型表明，在激光加热期间熔化惰性气体压力介质降低了局部热导率，以驱动向金刚石的相转化的高空间分辨率。最后，我们观察到氮空位中心的温度依赖性的形成和解释这种现象的背景下，高温高压碳空位扩散使用CBΩ理论。
2017-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Tuning the surface energy of fluorinated diamond-like carbon coatings via plasma immersion ion implantation plasma-enhanced chemical vapor deposition with 1,1,1,2-tetrafluoroethane
本文提出利用PIII-PECVD和1,1,1,2-四氟乙烷制备氟掺杂类金刚石碳涂层，实现氟含量高达40%，并证实氟掺入可降低表面能，适用于生物医学和抗污损表面。
2025-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-hard rhombohedral carbon from crystal chemistry rationale and first principles
利用密度泛函理论，通过晶体化学结构和基态能量计算，报道了一种新的超硬菱面体碳rh-C4（或六方h-C12）.一个扩展的h-C12的六边形三维网络是由类似于h-C4 lonsdaleite（六边形金刚石）中的C4四面体形成的。rh-C4的电子能带结构具有绝缘体的特征，其Egap = 4 eV，类似于金刚石。从一组弹性常数的体积模量与lonsdaleite，和最大的维氏硬度（HV）与两种形式的金刚石的较大的值派生。
2021-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Minimal graphene thickness for wear protection of diamond
我们通过分子动力学模拟表明，石墨烯是一种优良的金刚石涂层。通过在金刚石板之间设置至少两个石墨烯层，可以防止金刚石在压力下滑动时转变为无定形碳，从而使这种材料组合适用于新涂层以及微机电和纳米机电设备。金刚石表面上的晶界、空位和吸附原子不会改变这种情况，而石墨烯层之间的反应性吸附物可能具有不利影响。我们的研究结果可以解释的层状材料的性质，其中弱层间键合的压力下演变成一个强大的层间排斥。
2014-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron configuration of the substitutional nitrogen defect in diamond
有人认为，金刚石中的取代氮与周围的三个碳原子键合，而不是四个。这个缺陷的电子配置是从以前的实验和理论考虑推导出来的。值得注意的是，1344 cm-1谱带是取代氮的特征，与氮的同位素变化无关，但取决于碳的同位素变化。如果氮与周围的四个碳结合，那么已经建立的NV中心应该是不稳定的。另外，单取代氮原子的尺寸明显增大，表明氮原子中存在对电子，并利用简单的力常数模型对所提出的取代氮原子构型进行了验证.用2/3 C-C：1/3 C=C代替C-N的力常数，得到1344 cm-1谱带。
2014-04-09 cond-mat.mtrl-sci
HSH-carbon: A novel sp2-sp3 carbon allotrope with an ultrawide energy gap
通过第一性原理计算提出了一种sp2-sp3杂化碳同素异形体HSH-碳。HSH-碳的结构可以被认为是六方晶格中[1.1.1]螺桨烷分子的模板聚合，以及最近报道的由碳三角双锥组成的HSH-C10的AA堆叠。基于计算结果，该结构的稳定性表现在内聚能，声子色散，Born-Huang稳定性准则，和从头算分子动力学。HSH-碳被预测为具有在PBE能级为3.56 eV或在HSE 06能级为4.80 eV的间接能隙的半导体。其禁带宽度大于Si的禁带宽度，接近于c-金刚石的禁带宽度，表明HSH-碳是一种潜在的超宽带隙半导体。在VB和CB边缘的载流子的有效质量与宽带隙半导体如GAN和ZnO相当。HSH碳的弹性模量、杨氏模量和剪切模量与T碳相当，但远小于c金刚石，这表明HSH碳比c金刚石更容易加工。
2022-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of carbon contamination under ion and hot atom bombardment in a tin-plasma extreme ultraviolet light source
对极紫外光刻机掠入射收集极的分子污染进行了实验研究。发现在脉冲锡等离子体放电的照射下生长了碳膜。我们的研究表明，该膜是化学惰性的，并具有典型的氢化无定形碳膜的特性。实验观察到，该膜由碳（~70 at. %）、氧（~20 at. %）和氢（与氧和碳结合），以及一些at. %的锡。大部分的氧和氢最有可能作为OH基团存在，化学键合到碳上，表明在成膜过程中吸附水的重要作用。据观察，膜主要是sp3杂化碳，这是典型的类金刚石碳。在514和264 nm激发下，薄膜的拉曼光谱是典型的氢化类金刚石碳。此外，在H2等离子体中的化学离子溅射中，与磁控溅射碳膜相比，较低的蚀刻速率和较高的能量阈值表明该膜具有类金刚石碳性质。
2014-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Three-step Formation of Diamonds in Shock-compressed Hydrocarbons: Decomposition, Species Separation, and Nucleation
碳氢化合物的积累和循环决定了冰巨行星的化学演化。在碳氢系统中，已经报道了物种分离和金刚石沉淀，并通过静态和冲击压缩实验进行了验证。然而，上述现象的动态形成过程仍然没有得到充分的理解。在这里，结合深度学习模型，我们证明了钻石的形成是通过三步过程，包括分解，物种分离和成核过程。在125 GPa和4590 K的冲击条件下，烃类分解产生氢和低分子量烷烃（CH 4和C2 H6），这些烷烃从碳链中逃逸，导致C/H物种分离。没有C-H键的剩余碳原子积累并成核形成金刚石晶体。发现金刚石生长过程与一个临界晶核尺寸有关，在此过程中动力学能垒起着关键作用。这些钻石形成的动力学过程对建立冰巨行星演化模型具有重要意义。
2022-08-03 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
The Best Features of Diamond Nanothread for Nanofiber Application
碳纤维，特别是由碳纳米管（CNTs）构成的碳纤维，由于其优异的物理性能，引起了科学界和工程界的广泛兴趣。在这项工作中，我们报告，我们发现，最近合成的新合成的金刚石纳米线（DNT）不仅具有良好的扭转变形能力，但也有良好的界面负载转移效率。与（10，10）碳纳米管束相比，（1）通过考虑七股纤维，在（10，10）CNT束中观察到的纳米管的扁平化在DNT金刚石纳米线束中没有观察到，这使得DNT束具有高的扭转弹性限度，几乎是从（10，10）CNT束获得的扭转弹性极限的三倍至四倍。拔出测试表明：（2）拔出测试表明，DNT金刚石纳米线束具有的界面传递载荷是CNT碳纳米管束的两倍以上，对应于在方面高一个数量级。(3)DNT束的界面剪切强度比CNT束高一个数量级。如此高的界面载荷传递效率归因于DNT的Z字形形态，其通过粘滑运动在界面处引入强的机械联锁效应（完全不同于CNT束中的载荷传递机制）。上述三个方面通常用于衡量纤维的性能。显然，这些有趣的特征使DNT金刚石纳米线成为构建下一代碳纤维的优秀潜在候选者。
2017-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of hydrogen termination at grain boundaries in ultrananocrystalline diamond/hydrogenated amorphous carbon composite thin films synthesized via coaxial arc plasma
超纳米金刚石/氢化非晶碳复合薄膜由三种不同的成分组成：超纳米金刚石微晶、氢化非晶碳以及它们之间的晶界。由于晶界含有大量的悬空键和不饱和键，它们将是载流子陷阱中心降低器件性能的原因，在可能的应用中，如UV光探测器。我们的实验表明，氢原子优先纳入晶界和终止悬挂键通过几种光谱技术。XPS测量无法检测到薄膜中sp^2-和sp^3-杂化碳的定量跃迁，导致sp^3含量为55- 59%。另一方面，FT-IR和NEXAFS确实显示了某些碳杂化量的变化。前者证实了通过额外的氢化，sp^2烃转化为sp^3烃约10%，后者代表了化学构型从π* C{ \equiv }C和π* C=C到σ* C-H的变化。这些结果可以是一个证据的本地化氢在晶界上，这在终止悬挂键和不饱和键的一部分，他们是相关的光学和电学性能的薄膜研究在一些以前的研究。我们对氢化效应的光谱研究结合对光学和电学特性的讨论证实了氢化可以是在上述传感应用中增强光伏性能的有效工具。
2020-12-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Optical and Electrical Properties of Diamond-like-Carbon Coatings Prepared by Electron Cyclotron Resonance Ion Beam Deposition Process
本文提出电子回旋共振离子束溅射沉积技术在室温下制备类金刚石碳涂层，通过控制离子能量实现sp3含量、折射率、带隙和Urbach能量的可调，为光学涂层性能调控提供了灵活方法。
2024-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Protein arrangement on modified diamond-like carbon surfaces - An ARXPS study
了解生物材料植入物和生物流体之间的界面性质是创建改进的植入材料的重要步骤。本研究探讨了类金刚石碳涂层生物材料，其表面能的修改，通过Ar+离子溅射和激光石墨化。用角分辨X射线光电子能谱学分析了蛋白质的排列，并观察了表面能的极性分量对这种排列的影响。可以看出，由于更强的极性相互作用，极性基团（如CN、CO）更容易被吸引到涂层表面。这导致这些基团分离到DLC-蛋白质界面;在增加的起飞角度（进一步远离DLC-蛋白质界面）下，观察到较少的这些极性基团。相应地，主要通过分散力（CC，CH）相互作用的基团被发现随着起飞角的增加而强度增加，这表明它们被分离远离DLC-蛋白质界面。的偏析的幅度被认为是增加极性表面能，这是由于在较高的极性表面能的固体表面和极性基团之间的净吸引力增加。
2016-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Etching of Photon Energy into Binding Energy in Depositing Carbon Films at Different Chamber Pressures
本文研究热丝化学气相沉积中腔室压力对碳膜沉积的影响，发现压力变化通过改变气体活化、碰撞及原子氢对光子的刻蚀作用，调控碳原子向石墨态或金刚石态转变，从而影响碳膜形貌、结构和生长速率。
2022-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Lonsdaleite: The diamond with optimized bond lengths and enhanced hardness
金刚石被称为最硬的物质，因为它具有超强的四面体sp3碳键框架。唯一的薄弱环节是它的立方解理面之间的（111）屈曲蜂窝层。压缩石墨单晶并加热到中等温度，我们合成了一种大块的、纯的、六方金刚石（朗斯代尔石），其扭曲的碳四面体缩短了其六方（001）弯曲蜂窝层之间的键，从而加强了它们的联系。我们观察到石墨（100）直接转变为六方晶系（002），石墨（002）直接转变为六方晶系（100）。我们发现，大块的朗斯代尔石具有优异的机械性能，维氏硬度HV = 164+/-11 GPa和124+/-13 GPa，分别在对应于原始石墨（001）和（100）表面的表面上测量。通过对原料石墨碳的提纯和高温高压合成条件的微调，可以进一步提高六方钙钛矿的性能。
2021-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Silicon Driven Facet Regulation Enables Tunable Micro-Diamond Architectures in Liquid Ga In
University of Aveiro（阿威罗大学）；Intelligent Systems Associate Laboratory (LASI)（智能系统联合实验室）；Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores - Microssistemas e Nanotecnologia（系统工程与计算机研究所-微系统与纳米技术）；IPFN, Instituto Superior Técnico, University of Lisbon（里斯本理工大学高级理工学院核物理研究组）；DECN, Instituto Superior Técnico, University of Lisbon（里斯本理工大学高级理工学院能源转换中心）
通过硅驱动的晶面调控和氢气流调节，实现液态镓铟中微金刚石的可控生长与尺寸调节。
2026-01-28 cond-mat.mtrl-sci
