بررسی پایداری و خواص ساختاری، مکانیکی و الکترونیکی دو ساختار رسانای جدید کربنی فوق سخت

در این تحقیق، دو آلوتروپ کربن فوق سخت رسانای جدید αc28 و βc32 با استفاده از نظریه تابعی چگالی پیش‌بینی می‌شود. این ساختارهای چهار ضلعی پایدار متعلق به گروه فضایی p4/mmm هستند. شبیه‌سازی دینامیک مولکولی انجام گرفته تحت آنسامبل کانونیک به منظور بررسی پایداری حرارتی کریستال‌های کربنی جدید αc28 و βc32 در دماهای 300 و 1000 کلوین، پایداری حرارتی آنها را تایید می‌کند. به منظور بررسی پایداری مکانیکی و الکترونیکی این دو ساختار، ضرایب مکانیکی و نوارهای انرژی آنها محاسبه گردید. این آلوتروپ‌‌های کربن جدید از هیبریداسیون پیوندی sp2 و sp3 تشکیل شده است که نشان‌دهندۀ خواص مکانیکی عالی با سختی ویکرز 45/7و 47/9 گیگا پاسکال است. از دیگر خواص مکانیکی این کریستال‌ها می‌توان به مدول حجمی (265/8، 284/9)، مدول برشی (254/7، 273/5) و مدول یانگ (579/1، 621/6) اشاره نمود که تاییدی بر فوق سخت بودن این ساختارها دارد. نتایج مربوط به ساختار نوارهای الکترونیکی نشان می‌دهد که هر دو ساختار دارای خواص رسانایی می‌باشد. پهنای هر دو نوار رسانش و ظرفیت برای هر دو ساختار حدود ev 20 است. نتایج محاسبات نشان می‌دهد که αc28 و βc32 می‌تواند در آینده به صورت آزمایشگاهی سنتز شوند تا کاربردهای بالقوه‌ای در وسایل مکانیکی و الکترونیکی خواهد داشت.

investigating of the stability and structural, mechanical and electronic properties of two new superhard conductive carbon structures

in this research, two new superhard metallic carbon allotropes αc28 and βc32 are predicted using density functional theory (dft). these stable tetragonal structures belong to the p4/mmm space group. molecular dynamics simulation performed under canonical ensemble (nvt) to investigate the thermal stability of new αc28 and βc32 carbon crystals at temperatures of 300 and 1000 k, confirms their thermal stability. in addition, we calculated the mechanical coefficients and band gap energy of these two structures to examine their mechanical and electronic stability. these new carbon allotropes are composed of sp2 and sp3 bond hybridization, which shows excellent mechanical properties with vickers hardness of 45.7 and 47.9 gpa. other mechanical properties of these crystals such as bulk modulus (265.8, 284.9), shear modulus (254.7, 273.5), and young’s modulus (579.1, 621.6) also confirm the superhardness of these structures. the results related to the electronic band structures indicate that both structures have metallic properties. the width of both conduction and valance bands for both structures is about 20 ev. the results of calculations show that αc28 and βc32 can be synthesized in the laboratory in the future and will have potential applications in mechanical and electronic devices.