First-principles investigation of the structural, elastic, anisotropic and electronic properties of Pmma-carbon

材料科学 碳纤维 正交晶系 各向异性 体积模量 剪切模量 复合材料 带隙 电子结构 电子能带结构 结晶学 复合数 凝聚态物理 晶体结构 计算化学 化学 物理 量子力学 光电子学
作者
Zhifen Fu,Zhongyi Yang,Qing Cheng,Haiping Chen,Bing Wang,Jianping Zhou
出处
期刊:Molecular Physics [Taylor & Francis]
卷期号:119 (3): e1809729-e1809729
标识
DOI:10.1080/00268976.2020.1809729
摘要

An investigation of the structural, elastic, anisotropic and electronic properties of the recently reported Pmma-carbon was performed by means of first-principles calculations in this paper. The Pmma-carbon phase possesses an orthorhombic symmetry with space group Pmma (No. 51). It contains 10 carbon atoms per unit cell and adopts an all-sp3 4+6+8-membered rings bonding network. The structural stability of Pmma-carbon is verified by analysis of the total energy, phonon spectra and elastic constants. The obtained bulk modulus and shear modulus indicate that Pmma-carbon is a brittle material and possesses elastically anisotropic. It is identified that Pmma-carbon is a potential superhard material with a Vickers hardness surpassing 70 GPa, which is lower than that of diamond but comparable with c-BN. The analysis of electronic band structure and density of states reveals that Pmma-carbon is an insulator with a quasi-direct band gap of 4.45 eV. The X-ray diffraction patterns of Pmma-carbon are also provided for future identifying the carbon phase in experiments. The present findings enrich the existing superhard carbon materials family and broaden our understanding of superhard carbon phases.
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