Old Story New Tell: The Graphite to Diamond Transition Revisited
本文通过大规模分子动力学模拟揭示石墨到金刚石转变中晶核起源于晶界并沿[001]和[120]双方向择优生长，立方金刚石为动力学有利产物，六方金刚石以孪晶形式少量出现，并结合HR-TEM实验验证了共格界面关系，调和了长期争论并为微观结构工程提供原子尺度指导。
2020-03-13 cond-mat.mtrl-sci
(Meta-)stable reconstructions of the diamond(111) surface: interplay between diamond- and graphite-like bonding
基于有效多体Brenner势的清洁金刚石（111）表面的非晶格Grand Canonical蒙特卡罗模拟产生了与\emph{ab-initio}计算一致的$(2\times1)$ Pandey重建，并预测了新的亚稳态的存在，其能量非常接近，所有表面原子都以三重石墨键合。我们相信，通过考虑这种类型的碳特定的配置，可以解决这个表面的结构和电子性质的长期争论。
2000-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Highly Boron-Doped Graphite and Diamond Synthesized From Adamantane and Ortho-Carborane under High Pressure
这项工作证明了使用金刚烷碳硼烷混合物作为前体生产具有高度硼掺杂的石墨和金刚石的高压方法的有效性。在8GPa和$1700 ^{o}C$下，石墨由金刚烷$C_{10}H_{16}$获得，而硼掺杂金刚石（2 × 2.5at.%）的微晶由金刚石（2 × 2.5at.%）获得。由金刚烷和邻碳硼烷$C_{2}B_{10}H_{12}$（原子比B：C = 5：95）的混合物合成。这一结果有力地说明了硼在高压合成金刚石中的催化活性。在低于7GPa的压力下，只有石墨由金刚烷和碳硼烷混合物合成。石墨化在相当低的温度（低于$1400 ^{o}C$）下开始，并且温度的增加同时增加硼含量和石墨晶格的质量。对材料结构的深入研究使我们能够假设在高硼浓度（> 1at.%）下，替代硼原子在石墨层中周期性地且彼此等距地分布。理论论证和模型从头计算证实了这一假设，并解释了实验观察到的硼浓度。
2021-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Detonation-induced transformation of graphite to hexagonal diamond
利用同步辐射X射线衍射技术研究了爆轰冲击条件下高取向热解石墨（HOPG）的结构演化。我们观察到形成的六角金刚石（lonsdaleite）在压力超过50 GPa，在定性协议与最近的气枪实验。第一性原理密度泛函计算表明，在单轴压缩下，向六方金刚石转变的能垒低于立方金刚石。最后，在高达>70 GPa时没有观察到立方金刚石形成的迹象。
2020-07-22 cond-mat.mtrl-sci
New Superhard Carbon Phases Between Graphite and Diamond
根据第一性原理计算的结果，提出了两种新的碳同素异形体（H-碳和S-碳），作为冷压缩石墨过程中石墨和金刚石之间的中间超硬相的可能候选物。H-碳和S-碳都比先前提出的M-碳和W-碳更稳定，并且它们的体积模量与金刚石的体积模量相当。H-碳是间接带隙半导体，具有4.459 eV的带隙，S-碳是直接带隙半导体，具有4.343 eV的带隙。冷压缩石墨的相变压力分别为10.08GPa和5.93GPa，与最近的实验报道一致。
2012-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Diamond-to-graphite transformation under hypersonic impact
Rice University（莱斯大学）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of Brasília（巴西利亚大学）；University of Toronto（多伦多大学）；University of Houston（休斯顿大学）；State University of Campinas（坎皮纳斯州立大学）；Technical University Darmstadt (TUDa)（达姆施塔特工业大学）
本研究通过超声速冲击实验，发现金刚石在极端条件下通过相变转变为石墨，并揭示了冲击诱导相变及界面性质。
2026-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamic and Kinetic Tests for Low-Pressure Metal-Flux Growth of Diamond, with an Extension to Cubic Boron Nitride
Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院）；UNIST（蔚山科学技术院）
该研究探讨金刚石低压金属助熔剂生长的热力学与动力学条件，提出同位素分辨测试方法并拓展至立方氮化硼，为相关实验及模拟提供量化标准。
2026-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Ab initio quality study of the graphite-diamond phase coexistence
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Harvard University（哈佛大学）；Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）
本研究构建了基于神经网络的碳的原子间势，兼具从头算精度与经验力场效率，首次开展了石墨-金刚石共存热力学的从头算质量分子动力学研究，纳入核量子效应后结果与实验吻合良好。
2010-04-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
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
High-accuracy first-principles determination of the structural, vibrational and thermodynamical properties of diamond, graphite, and derivatives
在GGA-PBE水平上，结合密度泛函理论（DFT）的总能量计算和密度泛函微扰理论（DFPT）的晶格动力学，计算了金刚石、石墨和层状衍生物（石墨烯、菱面体石墨）的结构、动力学和化学性质.总体而言，非常好的协议被发现的结构特性和声子分散体，与石墨和相关的弹性常数和声子分散体的C/A比的例外。一旦选择实验c/a进行计算，C_33弹性常数和γ-A声子色散都与现有数据接近一致。通过准谐近似计算了材料的热膨胀、弹性模量和比热随温度的变化关系。石墨显示出独特的面内负热膨胀系数，在室温附近达到最小值，与实验非常吻合。石墨烯中的热收缩被发现是三倍大;在这两种情况下，ZA声学模式被证明是收缩的原因，直接体现了Lifshitz在50多年前预测的膜效应。
2004-12-22 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
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
Strength-dependent Transition of Graphite Under Shock Condition Resolved by First Principles
本研究通过第一性原理DFT训练的GNN模型，揭示了冲击强度决定石墨向六方或立方金刚石转变的机制，阐明了强度依赖的转变趋势。
2023-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Recrystallization Characteristics of Catalytic Alloy and Graphite in Diamond Synthesis
本文首先考虑了触媒法合成金刚石过程中触媒合金和石墨在超高压高温条件下的再结晶特性。在金刚石合成催化过程中，金属在压力的作用下发生塑性变形，随着温度的升高发生再结晶。当催化金属再结晶时，石墨颗粒的形状在与催化剂接触的区域中为球形，而在与催化剂接触的区域中为任何形状。此外，我们还利用第一性原理方法计算了过渡金属元素与碳原子之间的相互作用，计算了过渡金属元素与碳原子之间的电子电荷密度分布和结合能。在确定晶格常数参数之后，我们通过从组成晶体的原子的总能量的总和中减去晶体的总能量并将其除以原子数来获得结合能。因此，从理论上分析了触媒对金刚石合成的影响。
2020-11-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Superconductivity in graphite-diamond hybrid
寻找新的高温超导体并深入研究其超导机理是凝聚态物理的重要内容。在一百万个大气压下发现近室温超导性，为超导体开创了一个新时代。然而，确定在近压或常压下具有可比超导性的材料的关键任务仍然存在。碳材料由于其结构的多样性和电子的可调节性，总是能带来有趣的惊喜。绝缘金刚石在掺杂或外界刺激下已达到超导状态。因此，寻找具有更高转变温度（Tc）的超导体仍然有很大的机会。在这里，我们报告了一个本征超导石墨-金刚石混合物通过第一性原理计算，其原子分辨率的结构特性已被实验确定最近。预测的Tc在环境压力下近似为39 K，并且应变激励可以进一步将Tc提高到42 K。与结处碳原子的面外振动相关的强电子-声子耦合在超导转变中起主导作用。我们的工作表明了碳材料作为高温超导体的巨大潜力，这必将吸引广泛的研究。
2021-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Tensorial stress-plastic strain fields in $α$-$ω$ Zr mixture, transformation kinetics, and friction in diamond anvil cell
金刚石压砧中高压下的各种现象（相变、化学反应和摩擦）都受到应力和塑性应变张量各分量场的强烈影响。然而，它们无法衡量。即使测量的压力分布也包含显著的误差。在这里，我们建议耦合实验分析计算的方法，利用同步辐射X射线衍射，解决反问题，并找到所有这些领域和摩擦规则之前，期间和之后的$α$ - $ω$相变在强塑性预变形锆。由于先进的表征，应变诱导的$α$ - $ω$相变的最小压力从1.36 GPa变为2.7 GPa。理论预测的塑性应变控制动力学方程得到了验证和量化。所获得的结果为发展定量高压/应力科学，包括机械化学，材料合成和摩擦学提供了机会。
2022-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Phase Transition Mechanism of Hexagonal Graphite to Hexagonal and Cubic Diamond: Ab-initio Simulation
我们采用从头算分子动力学模拟研究了高压下六方石墨（HG）到六方金刚石（HD）或立方金刚石（CD）的相变机理。从HG到HD的过渡被发现迅速发生在非常小的时间为0.2 ps，与大的合作位移的所有原子。我们观察到HG中原子的交替层分别以相反的方向滑动（1/3，1/6，0）和（-1/3，-1/6，0），沿着pm[2，1，0]方向约为0.7 μ m，同时垂直于a-b平面折叠约pm 0.25 μ m。从HG到CD的转变发生在更复杂的合作位移中。在这种情况下，六个连续的HG层分别沿着[0，1，0]、[-1，-1，0]和[1，0，0]成对地滑动1/3，同时如上所述起皱。我们还进行了计算的声子谱在HG在高压下，揭示软声子模式，可能有助于相变涉及的滑动和起皱的HG层。发现零点振动能和振动熵在使HG稳定到更高的压力（>10 GPa）和温度（<6 GPa）方面具有重要作用。
2021-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Large scale simulation of quantum-mechanical molecular dynamics for nano-polycrystalline diamond
采用量子力学分子动力学模拟研究了纳米多晶金刚石的前驱体状态。用N阶模拟程序ELSES（http：//www.example.com）实现了10^5个原子的大规模模拟。www.elses.jp模拟从包含初始结构缺陷的金刚石结构开始，并导致石墨（sp^2）样和金刚石（sp^3）样区域的混合物作为纳米级域。我们推测，域是亚稳态的，是可能的候选人的前体结构。
2009-08-31 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
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
Evidence for temporary and local transition of sp2 graphite-type to sp3 diamond-type bonding induced by the tip of an atomic force microscope
人造金刚石是通过将石墨暴露在大约10 GPa的压力和大约2000 K的温度下而产生的。在这里，我们提供的证据表明，由原子力显微镜的尖端施加到碳化硅的碳缓冲层上的石墨烯上的压力可以导致石墨在原子尺度上暂时过渡到金刚石。我们进行原子力显微镜与CO终止提示和氧化铜（CuOx）提示图像石墨烯，并诱导结构转变。对于局部跃迁，DFT预测，当诱导石墨-金刚石跃迁时，克服了$\approx13$ \，nN的排斥势垒，随后是$\approx4$ \，nN的力减小。这种转变的实验证据是通过观察相对柔性的CO端头的悬臂振动中的三次谐波和刚性CuOx端头的力与距离曲线中的扭结来提供的。实验观察到的幅度约为200 μ m的三次谐波与幅度为$\pm 3$ μ m的力相吻合。如果假设当诱导转变时作用在尖端上的排斥力由尖端的增加的范德华吸引力补偿，则$\approx 10$ \，nN的大的排斥总力仅与实验相容，所述范德华吸引力是由于尖端和样品通过局部压痕的形状拟合。该转变将平坦的sp $^2$键改变为波纹状的sp $^3$键，导致石墨烯的基本单元中的两个基础原子的不同高度。这两种尖端类型显示出强烈的不对称性之间的两个基础原子的晶格时，使用大的排斥尖端力，诱导过渡。隧穿电流、频移和损耗的实验数据与所提出的转变相一致。实验还表明，原子力显微镜允许在原子尺度上进行高压物理学。
2022-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Severe plastic deformations, mechanochemistry, and microstructure evolution under high pressure: In Situ Experiments, Four-Scale Theory, New Phenomena, and Rules
综述高压下剧烈塑性变形（SPD）与相变/化学反应（PTs/CRs）的相互作用，结合四尺度理论、原位实验揭示新现象与规律，解决难题并提出高压相合成新方法，涉及多领域应用。
2025-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Monte Carlo simulations of measured electron energy-loss spectra of diamond and graphite: role of dielectric-response models
在这项工作中，我们比较的电子输运性质的Monte Carlo（MC）模拟与反射电子能量损失测量金刚石和石墨薄膜。我们评估了不同近似的介电响应对碳基材料表征的可观测值的影响。我们计算这些材料的频率依赖性介电响应和能量损失函数的两种方式：一个完整的从头算方法，在其中我们进行依赖于时间的密度泛函模拟的线性响应不同的动量转移，和一个半经典模型，基于德鲁德-洛伦兹扩展到有限动量的光学介电函数。从头计算的介电函数导致更好的协议与电子能量损失测量光谱方面广泛使用的德鲁德-洛伦兹模型。这种差异在绝缘体和半导体的光学极限（$\mathbf{q} \neq 0$）之外尤其明显，在这种情况下，单粒子激发变得相关。此外，我们表明，在不同的精度水平的能量损失函数的行为有显着的影响，对其他物理观测，如非弹性平均自由程和阻止功率在低能量区（$< 100$ eV），从而对MC模拟的准确性。
2016-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Current-induced nanogap formation and graphitization in boron-doped diamond films
采用强电流退火技术在掺硼纳米金刚石薄膜中制备纳米间隙和金刚石/石墨混合结构。使用反馈控制的电流退火程序产生低至1 nm的纳米尺寸的间隙。纳米间隙的特征在于使用扫描电子显微镜和电子传输测量。高温下产生的结构变化，实现电流退火过程中的焦耳加热，其特征在于使用拉曼光谱。在最大热积累点处观察到金刚石/石墨杂化结构的形成。
2012-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon hydrodynamics and ultrahigh-room-temperature thermal conductivity in thin graphite
碳的同素异形体，如金刚石和石墨烯，是最好的热导体。我们监测薄石墨的热导率的演变作为温度和厚度的函数，并发现高电导率，厚度和声子流体力学之间的密切联系。8.5微米厚的石墨在室温下的面内热导率为4300瓦/米-开尔文--这个值远高于金刚石，略高于同位素纯化的石墨烯。升温增强了在很宽的温度范围内的热扩散率，支持部分流体动力学声子流。我们观察到的热导率的增强与厚度的减小指向声子的面外动量和动量弛豫碰撞的分数之间的相关性。我们认为，这是由于极端的声子色散各向异性石墨。
2020-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A new compact symmetric rotational diamond anvil cell for in situ high-pressure-torsion studies
针对现有旋转金刚石对顶砧在高压扭转原位研究中的几何限制，设计了一种新型紧凑对称装置，通过对称角开口和短工作距离，提高了晶体学取向分布函数和晶格应变测量的可靠性。
2023-12-21 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Ultrafast formation of transient 2D diamond-like structure in twisted bilayer graphene
由于蜂窝中心的碳原子与相邻石墨烯片中的碳原子不匹配，理论家预测，当直接将石墨转化为sp3键合的金刚石时，需要滑动过程来形成AA，AB或ABC堆叠。在这里，使用扭曲的双层石墨烯，它自然提供AA和AB堆叠配置，我们报告了飞秒激光照射下的瞬态2D类金刚石结构（在对齐的石墨烯中没有观察到）的超快形成。这种光诱导的相变是由新的键长的外观1.94 A和3.14 A的时间依赖的微分对分布函数使用MeV超快电子衍射证明。分子动力学和第一性原理计算表明，sp3键在AA和AB堆积区成核，呈莫尔条纹。这项工作揭示了石墨到金刚石的直接转化机制，60多年来一直没有完全理解。
2021-12-01 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
Evidence for a pressure-induced phase transition of few-layer graphene to 2D diamond
我们揭示了在水存在下压缩的少层石墨烯的金刚石化机制，为压力诱导形成2D金刚石提供了有力的证据。高压拉曼光谱提供了5层石墨烯和石墨在4-7 GPa范围内发生相变的证据。压力诱导相是部分透明的，并使硅衬底凹陷。我们结合的理论和实验结果表明，一个渐进的顶部-底部金刚石化机制，与金刚石，一个2D铁磁半导体的形成相一致。石墨烯上的高压X射线衍射表明六方金刚石的形成，与遮蔽符合金刚烯的体积极限一致。
2019-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Shear driven formation of nano-diamonds at sub-gigapascals and 300 K
碳在高压下的转化途径对于合成新材料和揭示地球的地质历史具有广泛的意义。我们已经在旋转砧中对石墨施加了大的塑性剪切，以在0.4和0.7 GPa的极低压力下形成六方晶和纳米晶立方金刚石，所述极低压力比在静水压缩下的转变压力低50和100倍，并且远低于相平衡。大的剪切伴随着压力升高到3GPa也导致形成新的正交金刚石相。我们的研究结果展示了在大幅降低的压力下塑性剪切控制材料合成的新机制和新方法，从而实现了材料合成的新技术。结果表明，在低压-温度地壳中发现的微金刚石可能是在一个大的剪切产生事件，如构造裂谷和持续的板块碰撞，而不需要假设俯冲到地幔。
2018-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Experimental Demonstration and Transformation Mechanism of Quenchable Two-dimensional Diamond
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Nanjing University（南京大学）；Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research（高压科学和技术先进研究中心）
本研究通过激光加热制备高质量二维钻石，揭示其转变机制及光学性质与sp3浓度的关系。
2025-12-15 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
Structural transformation of implanted diamond layers during high temperature annealing
近年来，离子束诱导非晶层石墨化成为金刚石器件制造的基本工具。可以去除可蚀刻石墨层以形成独立式膜，可以使用FIB研磨将期望的结构雕刻到该独立式膜中。采用锐金刚石-空气界面模型对用这种方法制备的器件的光学特性进行了假设。该界面的真实质量取决于退火后非晶损伤层的石墨化程度。在目前的工作中，石墨化过程进行了研究，使用常规和分析TEM。发现在550 °C下退火导致注入体积的部分石墨化，形成夹在四面体非晶碳层之间的纳米结晶石墨相。在1400 °C下退火导致非晶层的完全石墨化。石墨纳米晶体的平均尺寸不超过5 nm，具有垂直于样品表面的c-平面的主要取向。
2016-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Dimension Effect of Nanocarbon Precursors on Diamond Synthesis and Transformation Mechanism under Extreme Conditions
本研究比较高温高压下0D碳纳米笼、1D碳纳米管与石墨向金刚石的转变过程，揭示前驱体维度效应及相变机制。
2025-02-16 cond-mat.mes-hall 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
Crystal chemistry and ab initio investigations of ultra-hard dense rhombohedral carbon and boron nitride
菱形致密形式的碳rh-C2（或六方h-C6）和氮化硼rh-BN（或六方h-B3 N3）基于原始晶体化学方案衍生自菱形3R石墨，所述原始晶体化学方案以量子密度泛函理论内的最小能量基态计算的全晶胞几何优化为后盾。考虑到以扩展晶格为特征的整个六方设置，弹性常数的六方设置的计算提供了大体积模量的结果，即B 0（rh-C2）= 438 GPa，接近于金刚石的体积模量，并且B 0（rh-BN）= 369 GPa，接近于立方BN的体积模量。在三个当代模型的框架下进行的硬度评估使这两个阶段都被认为是超硬的。根据在六方布里渊区中计算的电子能带结构，3R石墨是小带隙半导体，与rh-C2相反，rh-C2的特征在于接近5 eV的大带隙以及两个BN相。
2021-04-22 cond-mat.mtrl-sci
In situ quantitative study of plastic strain-induced phase transformations under high pressure: Example for ultra-pure Zr
首次利用同步辐射X射线衍射（XRD）技术，在旋转金刚石压砧装置（RDAC）中，对预变形超纯Zr中的$α-ω$塑性应变诱发相变（PT）进行了原位定量研究。测量每个相和混合物中的压力的径向分布，以及$ω$ -Zr的浓度，所有这些都在样品厚度上平均，以及厚度分布。应变诱导$α-ω$ PT的最小压力为$p^d_{\varepsilon}$ =1.2 GPa，比静水压下的压力小4.5倍，比相平衡压力小3倍，与压剪应变路径无关。在低于$p^d_{\varepsilon}$的压力下，它与压力-塑性应变加载路径和塑性形变无关。因此，DAC中压缩和RDAC中扭转下的应变诱导PT没有根本区别。两个阶段的屈服强度估计使用硬度和X-射线峰展宽;剪切屈服强度没有达到接触摩擦应力，不能使用压力梯度进行评估。所获得的结果打开了一个新的机会，定量研究应变诱导PT和反应与应用材料合成和加工，机械化学，和微物理。
2020-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Facile Salt-Assisted Hydrothermal Synthesis of Nanodiamonds from CHO Precursors: Atomic-Scale Mechanistic Insights
本文通过盐辅助水热法，利用多种含COOH和OH基团的CHO前驱体在190°C强碱性条件下合成纳米金刚石，并结合HRTEM和XPS揭示前驱体类型、分子尺寸及离子组成对缺陷和晶型的影响，以及石墨-金刚石转变的原子尺度机制，为可持续可调谐纳米金刚石制备提供了新途径。
2025-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polymorphism of Bulk Boron Nitride
氮化硼（BN）是一种具有出色技术前景的材料，因为它具有出色的热化学稳定性、结构、电子和导热性能以及极高的硬度。然而，其最常见的多晶型物（类金刚石立方和类石墨六方）的相对热力学稳定性尚未得到满意的解决，因为在高温和高压下形成BN相的动力学因素（实验），以及竞争结合，静电和多体分散力在BN凝聚力（理论）中发挥了至关重要的作用。这种缺乏理解阻碍了潜在技术应用的发展，并挑战了基础科学的边界。在这里，我们使用高层次的第一性原理理论，正确地再现所有重要的电子相互作用（绝热连接波动耗散定理在随机相位近似），以前所未有的精度估计BN多晶型之间的能量差异，从而克服了精度障碍，阻碍了以前的理论研究。我们表明，基态相BN是立方和经常观察到的六方晶型变得熵稳定的立方温度略高于环境条件（$T_{\rm c \to h} = 335 \pm 30$ K）。我们还揭示了一个低对称性的单斜相，这是非常具有竞争力的其他低能量的多晶型物，这可以解释实验观察到的“压缩h-BN”相的起源。因此，我们的理论研究结果应刺激新的实验工作，在散装BN以及促进使用高层次的理论在建模技术相关的范德华材料。
2018-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning the Metastable Phase Diagram of Materials
相图是材料合成的宝贵工具，并提供任何给定热力学条件下材料相的信息。传统的相图生成涉及实验，以提供物理上可接近的相的初始估计，然后使用现象学模型在可用的实验数据点之间进行内插，并外推到不可接近的区域。这种方法，结合第一性原理计算和数据挖掘技术，导致详尽的热力学数据库，尽管在不同的热力学平衡。相比之下，材料在其合成、操作或加工期间可能不会达到其热力学平衡态，而是保持被捕获在局部自由能最小值中，这可能表现出期望的性质。绘制这些亚稳相及其热力学行为是非常可取的，但目前缺乏。在这里，我们介绍了一个自动化的工作流程，它将第一原理物理和原子模拟与机器学习（ML）和高性能计算相结合，以快速探索给定元素组成的亚稳相。使用具有代表性的材料碳，其中具有大量不具有平衡母体的亚稳态，我们展示了数百个从接近平衡到远离平衡的亚稳态的自动映射。此外，我们将自由能的计算到一个基于神经网络的学习的状态方程，允许建设的亚稳相图。高温高压实验，使用金刚石对顶砧细胞在石墨样品加上高分辨率透射电子显微镜被用来验证我们的亚稳相的预测。我们介绍的方法是通用的，广泛适用于单组分和多组分系统。
2021-11-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
