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论文摘要

新型超硬材料BC2N的第一性原理研究

First principles investigation of novel superhard BC2N

作者:张志国(北华大学物理学院);张 淼(北华大学物理学院)

Author:ZHANG Zhi Guo(College of Physics, Beihua University);ZHANG Miao(College of Physics, Beihua University)

收稿日期:2014-12-10          年卷(期)页码:2015,52(5):1089-1093

期刊名称:四川大学学报: 自然科学版

Journal Name:Journal of Sichuan University (Natural Science Edition)

关键字:超硬材料; 硬度; 晶体结构; 第一性原理

Key words:Superhard Material; Superhardness; Crystal structure; First principles

基金项目:

中文摘要

应用基于粒子群优化算法的卡里普索(CALYPSO)晶体结构预测方法, 我们发现了一种新型的具有四方结构的BC2N的同素异形体, 空间群为I4/MMM. 利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对该新型BC2N结构的电子能带结构、 态密度、 以及弹性性质展开了深入的研究. 计算结果发现: 此BC2N结构动力学稳定, 并且具有较大的体弹模量 (3544 GPa) 和剪切模量 (3755 GPa); 同时, 理论计算还表明该结构是一个带隙宽度为216 eV的直接带隙半导体, 其维氏硬度值可达到656 GPa. 因此, BC2N有望成为一种潜在的新型超硬材料和发光材料. 本工作将为人们探索新型的超硬材料提供一定的理论依据.

英文摘要

Using CALYPSO crystal structure prediction method via particle swarm optimization, we found a novel tetragonal BC2N with the space groupI4/MMM. The band structure, electronic density of states, elastic constants, and bulk modulus of BC2N carbon were investigated using first principles calculations based on density functional theory. The present results reveal that BC2N is dynamically stable, and simultaneously posses a high bulk modulus of 3544 GPa and a high shear modulus of 3755 GPa. Furthermore, the electronic structure calculations show that it is a direct semiconductor with a band gap of 216 eV, and the Vickers hardness value of I 4 carbon is 656 GPa. The results adequately indicate that BC2N maybe a potential superhard material. Our work may provide some theoretical guidance toward exploring novel superhard materials.

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