Квантово-химическое моделирование супертетраэдрических кристаллических структур, содержащих тетраэдры C4 и X4 (X = B, Al, Ga)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

С помощью квантово-химических расчетов, выполненных в рамках теории функционала электронной плотности, изучены структурные, механические, тепловые, электрические и оптические свойства трех новых супертетраэдрических структур смешанного типа, построенных на основе кристаллической решетки алмаза, в которой пары соседних атомов углерода заменены парой тетраэдров, один из которых состоит из четырех атомов углерода, а другой — из четырех атомов бора, алюминия или галлия. Проведенные расчеты показали, что все три кристаллические структуры должны обладать структурной устойчивостью и иметь небольшую плотность, причем плотность алюминий-углеродной структуры должна быть меньше плотности воды (0.97 г/см3). Наибольшей твердостью должна обладать бор-углеродная структура (24 ГПа), твердость двух других структур в четыре раза меньше. Все три кристаллические структуры должны быть узкозонными полупроводниками с шириной запрещенной зоны 0.65–1.87 эВ.

Об авторах

И. В. Гетманский

Южный федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: ipoc-sfu@mail.ru

Научно-исследовательский институт физической и органической химии

Россия, пр-т Стачки, 194/2, Ростов-на-Дону, 344090

С. А. Зайцев

Южный федеральный университет

Email: ipoc-sfu@mail.ru

Научно-исследовательский институт физической и органической химии

Россия, пр-т Стачки, 194/2, Ростов-на-Дону, 344090

В. В. Коваль

Южный федеральный университет

Email: ipoc-sfu@mail.ru

Научно-исследовательский институт физической и органической химии

Россия, пр-т Стачки, 194/2, Ростов-на-Дону, 344090

Р. М. Миняев

Южный федеральный университет

Email: ipoc-sfu@mail.ru

Научно-исследовательский институт физической и органической химии

Россия, пр-т Стачки, 194/2, Ростов-на-Дону, 344090

Список литературы

  1. Minkin V.I., Minyaev R.M. // Russ. Chem. Rev. 1982. V. 51. P. 332. https://doi.org/10.1070/RC1982v051n04ABEH002844
  2. Brown H.C. The Nonclassical Ion Problem. New York: Springer, 1977. 302 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4613-4118-5
  3. Greenberg Α., Liebman J.F. Strained Organic Molecules. New York: Acad. Press, 1978. 406 p.
  4. Minyaev R.M., Getmanskii I.V., Minkin V.I. // Russ. J. Inorg. Chem. 2014. V. 59. P. 332. 406 p. https://doi.org/10.1134/S0036023614040123
  5. Minyaev R.M., Popov I.A., Koval V.V. et al. // Struct. Chem. 2015. V. 26. P. 223. https://doi.org/10.1007/s11224-014-0540-1
  6. Charkin O.P. // Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. P. 615. https://doi.org/10.1134/S0036023619050048
  7. Klyukin I.N., Kolbunova A.V., Novikov A.S. et al. // Inorganics. 2023. V. 11. P. 201. https://doi.org/10.3390/inorganics11050201
  8. Zyubin A.S., Zyubina T.S., Dobrovol’skii Yu.A., Volokhov V.M. // Russ. J. Inorg. Chem. 2016. V. 61. P. 48. https://doi.org/10.1134/S0036023616010241
  9. Matveev E.Yu., Kubasov A.S., Nichugovskii A.I. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 68. P. 644. https://doi.org/10.1134/S0036023623600545
  10. Burdett J.K., Lee S. // J. Am. Chem. Soc. 1985. V. 107. P. 3063. https://dx.doi.org/10.1021/ja00297a011
  11. Johnston R.L., Hoffmann R. // J. Am. Chem. Soc. 1989. V. 111. P. 810. https://doi.org/10.1021/ja00185a004
  12. Minyaev R.M., Avakyan V.E. // Dokl. Chem. 2010. V. 434. P. 253. https://doi.org/10.1134/S0012500810100010
  13. Sheng X.-L., Yan Q.-B., Ye F. et al. // Phys. Rev. Lett. 2011. V. 106. P. 155703. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.155703
  14. Zhang J., Wang R., Zhu X. et al. // Nature Comm. 2017. V. 8. P. 683. https://doi.org/10.1038/s41467-017-00817-9
  15. Haunschild R., Frenking G. // Mol. Phys. 2009. V. 107. P. 911. http://dx.doi.org/10.1080/00268970802680505
  16. Getmanskii I.V., Minyaev R.M., Steglenko D.V. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2017. V. 56. P. 10118. https://doi.org/10.1002/anie.201701225
  17. Getmanskii I.V., Koval V.V., Minayev R.M. et al. // J. Phys. Chem. C. 2017. V. 121. P. 22187. http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b07565
  18. Getmanskii I.V., Koval V.V., Minyaev R.M. et al. // J. Comput. Chem. 2019. V. 40. P. 1861. https://doi.org/10.1002/jcc.25837
  19. Kresse G., Hafner J. // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1993. V. 47. P. 558. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.47.558
  20. Kresse G., Hafner J. // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1994. V. 49. P. 14251. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.49.14251
  21. Kresse G., Furthmüller J. // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1996. V. 54. P. 11169. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.11169
  22. Kresse G., Furthmüller J. // Comput. Mater. Sci. 1996. V. 6. P. 15. https://doi.org/10.1016/0927-0256(96)00008-0
  23. Perdew J.P., Ruzsinszky A., Csonka G.I. et al. // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. P. 136406. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.136406
  24. Blöchl P.E. // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1994. V. 50. P. 17953. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.17953
  25. Kresse G., Joubert D. // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1999. V. 59. P. 1758. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.59.1758
  26. Monkhorst H.J., Pack J.D. // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1976. V. 13. P. 5188. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.13.5188
  27. Togo A., Chaput L., Tadano T., Tanaka I. // J. Phys.: Condens. Matter. 2023. V. 35. P. 353001. http://dx.doi.org/10.1088/1361-648X/acd831
  28. Togo A. // J. Phys. Soc. Jpn. 2023. V. 92. № 012001. http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.92.012001
  29. Togo A., Chaput L., Tanaka I. // Phys. Rev. B. 2015. V. 91. № 094306. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.91.094306
  30. Hill R. // Proc. Phys. Soc. A. 1952. V. 65. P. 349. https://doi.org/10.1088/0370–1298/65/5/307
  31. Šimůnek A., Vackář J. // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 96. P. 085501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.085501
  32. Liu Z.Y., Guo X., He J. // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. P. 109601. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.109601
  33. Šimůnek A., Vackář J. // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. P. 109602. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.109602
  34. Šimůnek A., Vackář J. // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. P. 172108. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.75.172108
  35. Frisch M.J. et al. Gaussian 16, Revision C.01 / Gaussian, Inc. Wallingford CT, 2019. https://gaussian.com
  36. Zubarev D.Yu., Boldyrev A.I. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2008. V. 10. P. 5207. https://doi.org/10.1039/B804083D
  37. Tkachenko N.V., Boldyrev A.I. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2019. V. 21. P. 9590. https://doi.org/10.1039/C9CP00379G
  38. Schaftenaar G., Noordik J.H. // J. Comput. Aided Mol. Des. 2000. V. 14. P. 123. https://doi.org/10.1023/A:1008193805436
  39. Schaftenaar G., Vlieg E., Vriend G. // J. Comput. Aided Mol. Des. 2017. V. 31. P. 789. https://doi.org/10.1007/s10822–017–0042–5
  40. Humphrey W., Dalke A., Schulten K. // J. Mol. Graphics. 1996. V. 14. P. 33. https://doi.org/10.1016/0263–7855(96)00018–5
  41. POV-Ray 3.7.0 / Persistence of Vision Pty. Ltd. Williamstown, Victoria, Australia, 2013. https://www.povray.org
  42. Momma K., Izumi F. // J. Appl. Crystallogr. 2011. V. 44. P. 1272. https://doi.org/10.1107/S0021889811038970

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024