據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)6月9日?qǐng)?bào)道，美國(guó)紐約州立大學(xué)石溪分校的科學(xué)家通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)了3種可穩(wěn)定存在的新型碳結(jié)構(gòu)。這些材料的密度超過(guò)現(xiàn)有三維材料中密度最大的鉆石，具有獨(dú)特的電子和光學(xué)性能，如能成功合成，將成為材料學(xué)領(lǐng)域的一大突破。相關(guān)論文6月7日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)B》雜志網(wǎng)絡(luò)版上。
) d* G( U+ d" c9 w* N0 B碳是地球上最常見(jiàn)的一種元素，但其原子的不同組合和結(jié)構(gòu)方式卻造就了多種“身懷絕技”的同素異形體：從柔軟的石墨到超硬的鉆石，從具有完美結(jié)構(gòu)的富勒烯到超級(jí)材料碳納米管。幾乎每一種對(duì)碳結(jié)構(gòu)的修改都導(dǎo)致了新的技術(shù)革命，與碳結(jié)構(gòu)相關(guān)的研究在15年內(nèi)被授予了兩次諾貝爾獎(jiǎng)(有關(guān)富勒烯的研究1996年被授予諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，有關(guān)石墨烯的研究2010年被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))。
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為了探討是否存在比鉆石密度更大的碳結(jié)構(gòu)，研究人員朱強(qiáng)(音)和地質(zhì)與物理學(xué)教授阿特穆斯・歐甘納夫在不同的溫度和壓力下對(duì)碳原子的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了模擬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了3種可能存在的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，它們分別被命名為hP3、tI12和tP12。. R+ j$ M4 Q" |0 f8 F
# P3 b/ p) i9 z$ z; \: n' r3 g模擬結(jié)果顯示，這3種結(jié)構(gòu)的硬度雖然都未超過(guò)鉆石，但它們的密度卻分別比鉆石高出1.1%到3.2%，而更高的密度則意味著更好的導(dǎo)電性能和更優(yōu)異的色散性和折射率，這將使其比鉆石更加光彩奪目。$ d0 M6 d8 O/ z1 n$ o) A) F
$ f T4 f( e& Q% G. P研究人員通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，3種材料的帶隙從3.0伏特到7.3伏特各不相同。帶隙是半導(dǎo)體或絕緣體的價(jià)帶頂端至傳導(dǎo)帶底端的能量差距，是材料電子結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要特征。其中tP12具有目前碳同素異形體中最大的帶隙，電流在上面運(yùn)行時(shí)將幾乎毫無(wú)阻力，這使其有望成為超導(dǎo)體和新型電子工程材料的有力候選人。1 a: u# l. Y* Z: o* k3 M8 P
2 T- |$ ^+ n' X6 }其他有趣的特性包括超低壓縮性。當(dāng)受到壓力時(shí)，新結(jié)構(gòu)耐壓性能比目前絕大多數(shù)材料都要好，甚至比目前的紀(jì)錄保持者鉆石還要稍勝一籌。5 U9 a$ j) L, @3 V+ x
4 D! u0 M7 E6 j" Z, U3 A7 u研究人員稱，在合成上目前雖然還沒(méi)有什么明確的路徑，但在高溫高壓下對(duì)石墨或無(wú)定形碳(碳同素異形體的一大類，沒(méi)有特定的原子晶體結(jié)構(gòu))進(jìn)行擠壓或許能得到一小部分這種新材料。6 H- L$ b' v% O
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歐甘納夫說(shuō)，碳在結(jié)構(gòu)上的變化使其在物理上具有無(wú)窮無(wú)盡的應(yīng)用價(jià)值，如果這些預(yù)測(cè)的材料得以成功合成，將是材料學(xué)的一大突破，也將為計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域帶來(lái)新的變革。! D9 E: ]6 a( a) t0 s* r- ^* c
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發(fā)表于 2011-6-12 17:52:02
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