Spin-orbit-free Weyl-loop and Weyl-point semimetals in a stable three-dimensional carbon allotrope
拓扑能带理论彻底改变了我们对材料电子结构的理解，特别是在具有强自旋轨道耦合（SOC）的系统中预测了一种新的状态--外尔半金属。在这里，一类新的外尔半金属，完全由轻元素与可忽略的SOC，提出。我们的第一性原理计算表明，在三维纯碳网络中的共轭p轨道相互作用，称为互穿石墨烯网络，足以产生相同的外尔物理。这种碳同素异形体具有非常好的结构稳定性。它的费米面由两个沿垂直方向具有线性色散的受保护外尔环组成。在反转对称性破缺时，每个外尔环被简化为一对外尔点。网络的表面带是几乎平坦的，在费米能级具有非常大的态密度。正如预期的那样，它在对称性破缺时被还原为费米弧。
2015-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
TODD-Graphene: A Novel Porous 2D Carbon Allotrope for High-Performance Lithium-Ion Batteries
本研究通过密度泛函理论、AIMD和ReaxFF MD模拟，提出多孔二维碳同素异形体TODD-Graphene，其具有金属性、低扩散势垒和高导电性，有望成为高性能锂离子电池负极材料。
2023-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Accelerating inverse crystal structure prediction by machine learning: a case study of carbon allotropes
在结构预测方法的基础上，采用机器学习方法代替密度泛函理论（DFT）方法预测材料性能，从而加快材料搜索过程。本文利用萨马拉碳同素异形体数据库中的碳结构数据，通过高通量计算建立了一个碳材料数据集。然后，我们训练了一个ML模型，该模型专门预测弹性模量（体积模量、剪切模量和杨氏模量），并证实在预测碳同素异形体的弹性模量方面，其准确性优于AFLOW-ML。我们进一步将我们的ML模型与CALYPSO代码相结合，以寻找具有高杨氏模量的新碳结构。首次发现了一种新的碳同素异形体，命名为Cmcm-C24，其硬度大于80 GPa。Cmcm-C24相被鉴定为具有直接带隙的半导体。系统地研究了这种新型碳同素异形体的结构稳定性、弹性模量和电子性质，所获得的结果证明了ML方法加速材料搜索过程的可行性。
2020-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Phagraphene: A Low-energy Graphene Allotrope composed of 5-6-7 Carbon Rings with Distorted Dirac Cones
使用系统进化结构搜索，我们提出了一种新的碳同素异形体，phagraphene，代表penta-hexa-hepta-graphene，因为该结构由5-6-7个碳环组成。这种二维（2D）碳结构的能量低于大多数预测的2D碳同素异形体，因为它的sp2杂化和原子堆积密度与石墨烯相当。更有趣的是，phagraphene的电子结构扭曲了狄拉克锥。进一步证明了方向相关锥具有可调费米速度的抗外应变能力。
2015-06-16 cond-mat.mtrl-sci
A Three-Dimensional Dodecaphenylyne-Derived Carbon Allotrope with Anisotropic and Auxetic-Like Mechanical Behavior
State University of Campinas（坎皮纳斯州立大学）；São Paulo State University (UNESP), School of Sciences（圣保罗州立大学理学院）
本研究提出了一种新型三维碳同素异形体3D-DPhyne，具有各向异性和类似auxetic的机械行为，通过第一性原理计算揭示其结构、电子、光学和机械性能。
2025-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A potential superhard carbon allotrope: T5-carbon
利用第一性原理计算预测了一种新的稳定碳同素异形体。这种同素异形体是通过用碳四面体取代金刚石原始晶胞中的两个原子中的一个而获得的，因此它在一个原始晶胞中包含五个原子，称为T5-碳。在结构、热、振动和能量计算中检查T5-碳的稳定性。电子，热，和机械性能的计算表明，T5-碳是一个半导体的间接带隙为3.18 eV，并具有409 W/mK的晶格热导率。更重要的是，T5-碳的维氏硬度为76.5 GPa，低于金刚石，但大于T-碳和立方氮化硼，证实了T5-碳的超硬性能，表明其在机械装置中的广泛应用。
2020-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Four superhard carbon allotropes: First-principle study
利用广义遗传算法，我们提出了四个新的sp3碳同素异形体5-6-7（5-6-7型Z-ACA和Z-CACB）或4-6-8（4-6-8型Z4-A3 B1和A4-A2 B2）的碳环。利用第一性原理方法系统地研究了它们的稳定性、力学和电学性质。我们发现，所有这四个碳同素异形体显示出惊人的稳定性相比，最近提出的碳相。ZACA和Z-CACB都是直接带隙半导体，带隙分别为2.261 eV和4.196 eV。而Z4-A3 B1和A4-A2 B2是间接带隙半导体，带隙分别为3.105 eV和3.271 eV。它们的力学性能表明，这四种碳同素异形体都是可与金刚石相媲美的超硬材料。
2012-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Families of superhard crystalline carbon allotropes induced via cold-compressed graphite and nanotubes
本文报道了通过对由锯齿链和扶手椅链堆积而成的奇5+7或偶4+8元碳环的拓扑分析，系统地构造两类冷压石墨超硬sp3碳同素异形体结构族的一般方案。我们的研究结果表明，以前提出的M，bct-C4，W和Z同素异形体属于我们目前提出的家庭，并根据天然碳环的拓扑结构排列的许多其他成员被发现，可以帮助我们了解冷压缩石墨和碳纳米管（CNT）的结构相变。特别是，我们预测存在两个简单的同素异形体，R-和P-碳，这与实验的冷压缩石墨和碳纳米管的X射线衍射图案相匹配，分别显示透明的宽禁带绝缘体基态，并具有大的维氏硬度与金刚石相媲美。
2012-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Novel Two-dimensional Carbon Allotrope with Strong Electronic Anisotropy
基于第一性原理计算，提出了两种新型的二维碳同素异形体，分别由八边形和五边形组成。两种碳同素异形体OPG-L和OPG-Z具有不同的性质。OPG-L是金属的，而OPG-Z是无间隙的半金属。值得注意的是，OPG-Z表现出明显的电子各向异性，在费米能级具有高度各向异性的狄拉克点。提出了一个描述低能准粒子的紧束缚模型，阐明了各向异性狄拉克点的起源。OPG-Z的这种各向异性的电子特性有望在纳米电子学中具有广泛的意义。
2013-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Irida-Graphene: A New 2D Carbon Allotrope
University of Brasília（巴西利亚大学）
本研究提出新型全sp²二维碳同素异形体Irida-Graphene，通过计算验证其稳定性与金属性等特性，指出其可作为紫光收集器的应用潜力。
2022-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
C5 as simplest ultrahard allotrope with mixed sp2/sp3 carbon hybridizations from first principles
从晶体化学理论和密度泛函理论计算出发，提出了一种新的四元碳C5作为最简单的超硬同素异形体，具有混合杂化碳杂化（sp2 - sp3）。新的pentacarbon被确定为动态和机械的内聚和稳定。而电荷密度是本地化的四面体C-sp3，它被发现离域周围的三角C-sp2导致金属行为。由沿四面体轴排列的三角碳引起的各向异性结构特征提供了接近金刚石量级的高维氏硬度
2022-10-09 cond-mat.mtrl-sci
On the Mechanical, Electronic, and Optical Properties of 8-16-4 Graphyne: A 2D Carbon Allotrope with Dirac Cones
State University of Campinas（坎皮纳斯州立大学）；Center for Computing in Engineering & Sciences, Unicamp（坎皮纳斯州立大学工程与科学计算中心）；University of Brasília（巴西利亚大学）；Federal University of Rio Grande do Norte（北里奥格兰德联邦大学）
本研究借助密度泛函理论与反应分子动力学模拟，探究新型二维碳同素异形体8-16-4石墨炔的多方面性质，发现其稳定性良好、具备狄拉克锥与红外光学活性，且中等应变下能带结构几乎不变。
2023-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Superhard sp3 carbon allotropes with odd and even ring topologies
四个sp3碳同素异形体与6，8，和16个原子，每个原始细胞已被派生使用的metadoptics模拟和拓扑扫描相结合。发现手性正交相oC 16（C2221）比单斜M-碳更硬，并且在高压范围内显示出优异的稳定性。在\sim 9 GPa下，可以由石墨形成Cmmm对称的第二正交相，其能量比W-碳低\sim 0.028 eV/原子。通常，发现压力下的机械响应取决于结构拓扑，其反映了从初始石墨烯层堆叠形成环的方式。
2012-06-23 cond-mat.mtrl-sci
New carbon allotropes in sp + sp$^3$ bonding networks consisting of C$_8$ cubes
我们通过从头计算确定了一种新型的三维碳同素异形体，通过插入炔键或二炔键到体心立方C $_8$晶格。所得的由C $_8$立方体组成的$sp+sp^3$ -杂化立方烷-炔和立方烷-二炔结构可以表征为线性碳链的立方结晶变体，但在能量上比最简单的线性碳炔链和由C $_4$四面体组成的立方四面体金刚石和炔-金刚石更有利。电子能带计算表明，这些新的碳同素异形体是半导体的间接带隙为3.08 eV的立方烷炔和2.53 eV的立方烷二炔。目前的研究结果建立了一种新型的碳相组成的C $_8$立方体，并提供其出色的结构和电子性能的见解。
2017-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Pentadiamond: A Hard Carbon Allotrope of a Pentagonal Network of sp2 and sp3 atoms"
在最近的一封信中[1] Y。Fujii等人提出了一种新的碳同素异形体，并声称其极高的杨氏模量和剪切模量分别为1691和1113 GPa，超过金刚石的1.5倍和2倍！作者还声称这种碳改性的独特的负平均泊松比为-0.24，体积模量为381 GPa，声速记录值为28.7 km/s。在这里，我们通过两个独立的计算表明，这些值是作为误差的结果而获得的。新的假设的同素异形体实际上具有相当适度的弹性模量，对于具有类似密度的碳结构来说不显著：体积模量为250 GPa，剪切模量为170 GPa，杨氏模量为417 GPa，正泊松比为0.22。
2020-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Alpha-, Beta-, and Gamma-TODD-G: Novel 2D Planar Carbon Allotropes
本研究通过第一性原理计算，提出三种新型二维碳同素异形体TODD-G，均稳定且呈金属性，具有类狄拉克锥和各向异性输运，力学各向异性可调，光学吸收范围各异。
2025-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical properties of lowest-energy carbon allotropes from the first-principles calculations
在密度泛函理论的一般梯度近似下，研究了低能碳同素异形体在红外、可见光和紫外光区的光学性质。在我们的计算中，我们使用了全电子方法以及赝势近似。在红外区，用CRYSTAL 14程序计算了复介电函数、红外光谱和拉曼光谱。用VASP程序计算了可见光和紫外光范围内的电子性质和能量依赖的介电函数。我们已经很准确地描述了立方金刚石晶体的光学性质。利用得到的一组相关参数进行计算，我们预测了最低能量的假设碳同素异形体和朗斯代尔石的光学常数，介电函数和拉曼光谱。
2017-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Novel λ^3-Iodane Based Functionalization of Synthetic Carbon Allotropes (SCAs) - Common Concepts and Quantification of the Degree of Addition
碳同素异形体的共价功能化是纳米材料领域的一个重要课题。然而，功能结构的发展受到各自起始材料的固有多聚性、引入的功能部分的明确表征和官能化程度的准确测定的阻碍。基于一种新的碳同素异形体官能化反应，利用λ^3-碘烷作为自由基前体系统，我们能够通过TG-GC/MS证明分离和定量热分离官能团的可行性，这些官能团以前与碳纳米管和石墨烯共价连接。
2018-05-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Ideal Intersecting Nodal Ring Phonons in a Body-Centered Cubic C$_{8}$
碳是宇宙中最基本的多功能元素，具有丰富的同素异形相，其中大多数具有重要的拓扑费米子。在这项工作中，我们确定了一个独特的拓扑声子相位在一个现实的碳同素异形体的体心立方结构，称为bcc-C $_{8}$。我们通过对称性论证和有效模型分析表明，在不同的平面上存在三个相互垂直的交叉声子节环。交叉的声子节环由时间反演和反转对称性保护，其将相应的Berry相位转换为$π$的整数倍。与电子系统不同，由于缺乏自旋-轨道耦合，bcc-C $_{8}$中的声子节环保证保持无隙。投影在bcc-C $_{8}$的半无限（001）和（110）面上的几乎平坦的鼓面表面态清晰可见。我们的研究结果不仅发现了有前途的节环声子在碳同素异形体，但也提供了新兴的途径，探索拓扑声子以外的费米子电子在碳同素异形结构的吸引力的功能。
2018-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic-cyclicgraphene: A new two-dimensional semiconducting carbon allotrope
通过分子和从头算方法相结合的两阶段搜索策略，合成了一种新型的、单原子厚的半导体二维石墨烯类材料，称为各向异性环状石墨烯。从进化算法和分子模拟的候选人，然后深刻地分析了使用第一性原理密度泛函理论从结构，机械，声子和电子性质的角度来看。所提出的石墨烯多晶型物（rP 16-P1 m1）是机械、动态和热稳定的，并且可以是半导体的，具有0.829 eV的直接带隙。
2018-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
From 2D to 1D in beta-Naphthyne: A Porous Carbon Allotrope Merging Graphyne and Naphthylene
本文提出新型多孔二维碳同素异形体 beta-naphthyne，通过第一性原理计算验证其稳定性、金属性、各向异性力学与光学性质，并发现其一维结构具有Dirac锥及金属—半导体转变。
2025-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Electronic and optical properties of novel carbon allotropes
采用第一性原理计算研究了新型碳同素异形体，如单层五元石墨烯（PG）、双层PG和T12碳的声子性质、电子结构和光学性质.声子计算的结果表明，这些外来的碳同素异形体是动态稳定的。此外，体T12相是间接带隙半导体，具有约4.89 eV的带隙。而体材料转变为2D相，单层和双层PG成为准直接带隙半导体，其带隙分别为~2.64 eV和~ 3.27 eV。此外，部分电荷密度分析表明，2D相保留了T12相的部分电子特性。计算并讨论了线性光子能量依赖的介电函数和相关的光学性质，包括折射率、消光系数、吸收谱、反射率和能量损失谱。得到的结构估计以及其他结果与现有的理论数据是一致的。计算结果对这些奇异碳同素异形体在光电子学和电子学中的实际应用具有参考价值。
2015-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Comment on "Pentadiamond: A Hard Carbon Allotrope of a Pentagonal Network of sp2 and sp3 C Atoms"
在最近的一封信，藤井等. [Phys. Rev. Lett. 125，016001]预测了一种新的碳同素异形体，五金刚石，具有显着的机械性能：弹性模量相当于或大于金刚石，负泊松比$μ$ =-0.241。据估计，维氏硬度为422 GPa，$\sim$比金刚石（$\sim$ 92 GPa）高4.6倍，是迄今为止已知的最硬材料。然而，Pentadiamond没有受到调查。基于此，我们基于密度泛函理论，采用不同的近似方法对五金刚石的弹性性质进行了估计。还对金刚石和其他已知的硬碳同素异形体进行了测试以进行验证。通过测试发现，五金刚石的弹性常数和弹性模量与文献[Phys. Rev. Lett. 125，016001]是不正确的，五金刚石应被视为非拉胀软碳同素异形体。
2020-07-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Catalogue of topological electrons and phonons in all allotropes of carbon
该研究结合从头算与对称性分析，系统筛选703种碳同素异形体，编目315种理想拓扑声子材料与32种拓扑电子材料，并以uni和pbg揭示典型拓扑态及表面态。
2023-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
R-graphyne: a new two-dimension carbon allotrope with versatile Dirac-like point in nanoribbons
利用第一性原理计算提出了一种新型的二维碳同素异形体--含炔键的四环矩形石墨炔（R-graphyne）。虽然体R-石墨炔表现出金属性质，但R-石墨炔的纳米带显示出与体不同的电子结构。最有趣的特征是R-石墨烯纳米带的带隙作为宽度的函数在半导体和金属之间振荡。特别地，具有半整数重复晶胞的锯齿形边缘纳米带在能带结构中表现出意想不到的Dirac类费米子。R-石墨炔纳米带的类狄拉克费米子起源于中心对称和两个亚晶格。R-石墨烯纳米带的特殊性质极大地扩展了我们对类Dirac点起源的理解。这些发现揭示了纳米带的一种新的迷人性质，它可能在碳基纳米尺寸电子器件中具有广泛的潜在应用。
2016-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Prediction of a novel monoclinic carbon allotrope
在\emph{ab-initio}的最小跳跃结构搜索过程中发现了一种新的具有$P2/m$对称性的碳的同素异形体，我们称之为$M10$ -碳。这种结构被预测在高于14.4 GPa的压力下比石墨更稳定，并且纯粹由$sp^3$键组成。它具有很高的体积模量，几乎和金刚石一样硬。模拟的X射线衍射图的比较表明，从冷压缩石墨的实验结果有很好的协议。
2012-02-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Original Ultra-hard Orthorhombic Carbon allotropes C8 with lonsdaleite-type lon topology: Crystallographic and DFT investigations
本研究基于晶体学工程与 DFT 计算，提出了三种具有 lonsdaleite 型 lon 拓扑的正交晶系碳同素异形体 C8，证实其具有超硬特性、动力学稳定性及接近金刚石的比热。
2025-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Systematic search for low-enthalpy sp3 carbon using evolutionary metadynamics
我们提出了一个系统的搜索低能亚稳超硬碳同素异形体使用最近发展的进化metadaptics技术。已知石墨的冷压缩在15-20 GPa下产生同素异形体。在这里，我们寻找所有的低焓结构可从石墨。从2 H-或3R-石墨开始，施加20 GPa的压力，在演化变质模拟中观察到大量的中间$sp^3$碳同素异形体。我们的计算不仅发现了所有以前提出的候选“超硬石墨”，但也预测了两个同素异形体（\emph{X} -碳和\emph{Y} -碳）显示新的5+7和4+8拓扑结构。这些超硬碳同素异形体可以基于6（金刚石/朗兹代尔石）、5+7（\emph{M/W} -碳）、5+ 7（\emph{X} -碳）、4+8（bct C $_4$）和4+8（\emph{Y} -碳）拓扑结构分为五个家族。这项研究表明，进化元自洽是一个强大的方法，既可以找到全局最小值，系统地搜索低能亚稳相可从给定的起始材料。
2012-05-21 cond-mat.mtrl-sci
A Concise Review of Recently Synthesized 2D Carbon Allotropes: Amorphous Carbon, Graphynes, Biphenylene and Fullerene Networks
São Paulo State University (UNESP)（圣保罗州立大学）；Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)（坎皮纳斯州立大学）；Federal University of Rio Grande do Norte (UFRN)（北里奥格兰德联邦大学）；University of Brasília (UnB)（巴西利亚大学）；Rice University（莱斯大学）
本文综述了近期实验合成的四类二维碳同素异形体的结构、理论预测与合成方法，梳理了理论与实验的关联及实验忽略理论贡献的情况，提出了待实验验证的理论结构与合成研究方向。
2025-09-16 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
Quadrene: A Novel Quasi-2D Carbon Allotrope with High Carrier Mobility
State University of Campinas（坎皮纳斯州立大学）；São Paulo State University (UNESP), School of Sciences（圣保罗州立大学（UNESP）理学院）；State University of Piauí（皮奥伊州立大学）；University of Brasília（巴西利亚大学）
四烯是一种具有高载流子迁移率的新型准二维碳同素异形体，展现出优异的电子输运性能和机械稳定性，适用于纳米电子和光电应用。
2025-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and structural properties of 3D Hopf-linked carbon allotrope: Hopfene
电子和结构性质的3D碳同素异形体的霍普夫连接的石墨烯，我们称之为霍普芬-拓扑晶体的一种类型，检查半经验的分子轨道和密度泛函理论方法，其中能带结构分析揭示了非常不同的性能从那些2D石墨烯。此外，分析给出了一个有趣的发现，取决于石墨烯片间距，Hopfenes表现出不同的带功能之间的初级型Hopfene与有限的最小片间距和次级型与其两倍大小的间距。初级类型显示出半金属性质，次级类型在不同的能带处显示出半金属或半导体性质，并且还具有平坦的能带;这些导电特征可以通过费米能级控制来利用。还提供了Hopfenes的装置应用。
2019-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Cubic C$_{20}$: An intrinsic superconducting carbon allotrope
基于密度泛函计算，研究立方碳同素异形体sc-C$_{20}$的声子介导超导电性，预测其为无需掺杂、转变温度约24 K的本征碳超导体。
2023-06-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
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
Grapheayne: a class of low-energy carbon allotropes with diverse optoelectronic and topological properties
通过系统的第一性原理计算，预测了一系列具有新颖光电性质和丰富拓扑结构的碳同素异形体。这些迷人的碳同素异形体可以通过将炔键（-C $\equiv$ C-）插入石墨中而得到，因此它们被称为石墨烯。Grapheayne具有两个不同的空间群，$P$ 2/ $m$或$C$ 2/ $m$，并且同时含有$sp$、$sp^2$和$sp^3$化学键。它们的形成能低于已经实验合成的石墨二炔和其他理论预测的具有炔键的碳同素异形体。特别地，当石墨- $n$的宽度$n$超过15时，其内聚能低于金刚石的内聚能，并且随着$n$的增加而接近石墨的内聚能。值得注意的是，我们发现，一些grapheaynes表现为半导体与直接窄带隙和所有已知的半导体碳同素异形体中最高的吸收系数，而其他一些拓扑半金属与节线。特别是，一些grapheayne可以被设计成具有在1.07-1.87 eV范围内的可调直接带隙，并且具有用于光伏应用的理想特性。我们的工作不仅揭示了石墨族独特的原子排列和突出的性质，而且为催化剂、储能、分子筛、太阳能电池和电子器件提供了一个有前途的材料宝库。
2019-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Cohesion Energetics of Carbon Allotropes : Quantum Monte Carlo Study
我们利用量子MonteCarlo方法研究了碳同素异形体的结合能，包括$sp^3$ -键合金刚石，$sp^2$ -键合石墨烯，$sp$ - $sp^2$杂化石墨烯和$sp$ -键合碳炔.计算的结合能的金刚石和石墨烯被发现是在极好的协议与相应的值实验确定的金刚石和石墨，分别，当零点能量，以及层间结合的情况下，石墨，包括在内。我们还发现，随着$sp$键合的碳原子的比例增加，石墨炔的结合能系统地降低。能量最稳定的石墨炔$γ$ -石墨炔的结合能为6.766（6）eV/原子，比石墨烯的结合能小0.698（12）eV/原子。合成石墨炔的实验困难可以通过它们显著较小的内聚能来解释。最后，我们得出结论，一个新提出的石墨炔的结合能可以准确地估计与碳-碳键能确定的石墨烯和三个不同的石墨炔的结合能在这里考虑。
2014-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Novel Carbon allotropes with mixed hybridizations: ene-C10, and ene-yne-C14. Crystal chemistry and first principles investigations
通过在类金刚石C8中插入sp2/sp1碳原子，设计出ene-C10和ene-yne-C14两种新型碳同素异形体，并利用第一性原理证实其力学与动力学稳定性，揭示了密度、内聚能、硬度及电子结构的变化规律。
2023-07-10 cond-mat.mtrl-sci
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
Prediction of new sp3 silicon and germanium allotropes from the topology-based multiscale method
这篇文章继续我们最近的出版物[I.A. Baburin和D.M.普罗塞皮奥和VA Saleev和A.V.Shipilova，Phys.Chem.Chem.Phys.17，1332（2015）]，其中我们已经提出了基于为沸石提出的拓扑结构的sp3碳同素异形体的综合计算研究。在这里，我们预测六个新的硅和六个新的锗同素异形体具有相同的空间群对称性和拓扑结构的碳同素异形体，并研究其结构，弹性，振动，电子和光学性质。
2017-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Structural, Electronic, and Li-ion Adsorption Properties of PolyPyGY Explored by First-Principles and Machine Learning Simulations: A New Multi-Ringed 2D Carbon Allotrope
本研究提出新型多环二维碳同素异形体PolyPyGY，通过第一性原理和机器学习模拟证实其结构、热和力学稳定性，揭示其金属特性、优异锂存储性能，为锂离子电池负极材料提供新选择。
2024-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tricarbon: two novel ultra-hard metallic carbon allotropes from first-principle calculations
基于晶体化学的考虑和量子密度泛函理论基态计算，菱形rh-C3和六方h-C6碳同素异形体被提出和能量计算作为新的稳定的超硬相类似的朗斯代尔石。在C2-C1-C2线型晶格中，沿着两种碳原子，由电荷密度投影推断出扭曲四面体C2（sp3）的角为106.17°（小于理想的109.4°），并具有类C1（sp）杂化。计算出的弹性常数点的rh-C3和h-C6的机械性能的各向异性非常大的C33值（1636 GPa和1610 GPa，分别），超过的lonsdaleite（1380 GPa），由于沿六方c轴的对齐的三碳单元的存在下。这两个阶段的特点是大体积模量和高硬度值，略低于那些lonsdaleite和金刚石。通过电子能带结构计算确定了这两个新相的弱金属行为。
2021-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Hexa-Graphyne: A Transparent and Semimetallic 2D Carbon Allotrope with Distinct Optical Properties
Federal University of Parana（巴拉那联邦大学）
研究通过第一性原理计算揭示了六边石墨烯的稳定性、半金属特性及优异的机械性能，同时发现其在紫外吸收、红外反射和可见光透明性方面的独特光学响应，为纳米电子和光电应用提供潜力。
2025-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio calculations of carbon and boron nitride allotropes and their structural phase transitions using periodic coupled cluster theory
我们提出了一个从头计算研究氮化硼以及碳同素异形体。它们的相对热力学稳定性和结构相变从低到高密度相的研究。压力-温度相图的计算和实验结果进行比较。计算采用量子化学波函数以及密度泛函理论。我们的研究结果表明，预测的能量差异往往取决于所采用的方法的选择显着。计算结果和实验结果之间的比较允许基准的准确性，不同层次的理论。所产生的结果表明，量子化学波函数为基础的理论允许实现系统的改进估计。我们发现，在耦合集团理论的水平上，氮化硼的低密度相和高密度相在0 K时都发生了热简并。这与最近的实验结果一致，表明立方氮化硼在环境条件下不是化学稳定的同素异形体。此外，我们采用计算结果来评估过渡概率从石墨低密度到类金刚石高密度相在一个近似的方式。我们的结论是，母石墨材料的堆叠顺序是至关重要的可能形成的亚稳纤锌矿氮化硼和六方碳金刚石也被称为lonsdaleite。
2019-02-21 cond-mat.mtrl-sci
A Nonzero Gap Two-Dimensional Carbon Allotrope from Porous Graphene
石墨烯被认为是未来电子领域最有前途的材料之一。然而，在其原始形式下，石墨烯是一种无间隙材料，这对其在某些电子应用中的使用施加了限制。为了解决这个问题，人们尝试了许多方法，如物理和化学功能化。这些方法损害了一些期望的石墨烯性质。本文基于量子分子动力学理论，通过对多孔石墨烯的选择性脱氢反应，得到了一种二维碳同素异形体--联苯碳（BPC）。BPC呈现非零带隙和良好的离域前线轨道。还讨论了BPC的合成路线。
2012-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.comp-ph
Changing the Phosphorus Allotrope from a Square Columnar Structure to a Planar Zigzag Nanoribbon by Increasing the Diameter of Carbon Nanotube Nanoreactors
元素磷纳米结构因大量的同素异形体而臭名昭著，这限制了它们作为半导体的有用性。为了限制这种结构的多样性，我们选择性地合成准一维磷纳米结构内的碳纳米管（CNT），作为稳定的模板和纳米反应器。尽管锯齿形磷纳米带优选地在内径超过1.4nm的CNT中形成，但观察到先前未知的磷的方形柱状结构在较窄的纳米管内部形成。我们的发现得到了电子显微镜和拉曼光谱观测以及从头计算密度泛函理论计算的支持。我们的计算结果表明，方形柱状结构的形式，优选地在内径约1.0 nm的碳纳米管，而黑色的磷纳米带的形式，优选地在内径为4.1 nm的碳纳米管内，与锯齿形纳米带积极有利于扶手椅纳米带。我们的理论预测与实验结果一致。
2020-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Lennard-Jones interatomic potentials for the allotropes of carbon
寻找合适的能准确描述材料晶体结构的原子间相互作用势是材料科学的重要课题之一。本文提出了几种由Lennard-Jones（LJ）势组成的原子间相互作用势来描述碳的同素异形体如金刚石和石墨的晶体结构和微观结构的演化。这些LJ势的有效性可以通过分子动力学（MD）模拟来检验。对于模拟系统的晶格识别，我们计算了原子与其近邻原子间夹角和原子间距离的分布函数，并检查了原子的排列。我们的模拟结果清楚地表明，我们已经成功地产生了金刚石和石墨结构的MD模拟和上述LJ势。
2018-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Superglitter and squarodiamond, novel C12 (sp2/sp3) and C16 (sp3) allotropes from first principles
基于第一性原理提出两种新型碳同素异形体C12(superglitter)和C16(squarodiamond)，前者具sp2-sp3混合杂化呈金属性，后者仅含sp3碳呈绝缘性且硬度超100 GPa，为材料科学和碳数据库提供了新磨料及电子器件应用潜力。
2023-04-07 cond-mat.mtrl-sci
DFT investigation of novel cubic carbon allotrope, yne-C$_{16}$
本研究基于DFT设计并验证了新型立方碳同素异形体yne-C$_{16}$，其具有sp$^3$/sp$^1$杂化、独特三键单元和弱金属性，且力学与动力学稳定。
2024-07-20 cond-mat.mtrl-sci
A Novel Graphyne-Like Carbon Allotrope: 2D Dewar-Anthracyne
本文提出一种由杜瓦蒽单元经炔键连接而成的新型二维碳同素异形体2DDA，通过DFT证实其稳定性与金属性，并揭示其力学、光学各向异性及纳米带电子行为可调特性，展示其在纳米电子与光电子领域的应用潜力。
2025-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Petal-Graphyne: A Novel 2D Carbon Allotrope for High-Performance Li and Na Ion Storage
本研究通过密度泛函理论模拟提出花瓣石墨炔（PLG），一种多环金属二维碳结构，其锂/钠存储容量高达1004 mAh/g，且具有低扩散能垒和适宜开路电压，是高性能碱金属离子电池的候选负极材料。
2025-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
