Search

A family of metastable host–guest structures, the prototype of which is a tetragonal tP9 structure with 9 atoms per cell has been found. It is composed of an 8-atoms tetragonal host, with atoms filling channels oriented along the c-axis. The tP9 structure has a strong analogy with the recently discovered Ba-IV- and Rb-IV-type incommensurate structures. By considering modulations of the structure due to the variations of the host/guest ratio, it has been concluded that the most stable representative of this family of structures has a guest/host ratio of 2/3 and 26 atoms in the unit cell (space group P42/m). This structure is 0.39 eV/atom higher in energy than diamond. We predict it to have band gap 4.1 eV, bulk modulus 384 GPa, and hardness 61–71 GPa. Due to the different local environments of the host and guest atoms, we considered the possibility of replacing carbon atoms in the guest sublattice by Si atoms in the tP9 prototype and study the properties of the resulting compound SiC₈, which was found to have similarly remarkably high bulk modulus 361.2 GPa and hardness 46.2 GPa. Повідомляється про сімейство метастабільних структур господаргість, прототипом якого є тетрагональна структура tP9 з дев’ятьма атомами в комірці. Вона складається з восьми атомів тетрагонального господаря, що заповнюють канали, орієнтовані вздовж осі с. Структура tP9 аналогічна недавно відкритим Ba-IV- й Rb-IV-типам несумірних структур. Враховуючи модуляцію структури через варіацій співвідношень господар/гість, зроблено висновок, що найбільш стабільний представник цього сімейства структур має відношення гість/господар – 2/3 і 26 атомів в елементарній комірці (просторова група P42/m). Енергія цієї структури на 0,39 еВ/атом вище, ніж алмазу. Ця структура, за прогнозами, повинна мати заборонену зону – 4,1 еВ, об’ємний модуль – 384 ГПа, а твердість – 61–71 ГПа. Через різні локальні стани атомів господаря і гостя розглянуто можливість заміни атомів вуглецю гостьової підґратки атомами Si в прототипі tP9 і вивчені властивості отриманої сполуки SiC₈, які, як було виявлено, мають вельми високий об’ємний модуль пружності – 361,2 ГПа і твердість 46,2 ГПа. Сообщается о семействе метастабильных структур хозяин–гость, прототипом которого является тетрагональная структура tP9 с девятью атомами в ячейке. Она состоит из восьми атомов тетрагонального хозяина, заполняющих каналы, ориентированные вдоль оси с. Структура tP9 аналогична недавно открытым Ba-IV- и Rb-IV-типам несоразмерных структур. Учитывая модуляцию структуры из-за вариаций отношения хозяин/гость, сделан вывод, что наиболее стабильный представитель этого семейства структур имеет отношение гость/хозяин – 2/3 и 26 атомов в элементарной ячейке (пространственная группа P42/m). Энергия этой структуры на 0,39 эВ/атом выше, чем алмаза. Эта структура, по прогнозам, должна иметь запрещенную зону – 4,1 эВ, модуль объемного сжатия – 384 ГПа, а твердость – 61–71 ГПа. Из-за различных локальных состояний атомов хозяина и гостя рассмотрена возможность замены атомов углерода гостевой подрешетки атомами Si в прототипе tP9 и изучены свойства полученного соединения SiC₈, которое, как было обнаружено, имеет весьма высокий модуль объемного сжатия – 361,2 ГПа и твердость 46,2 ГПа.

Xenon, which is quite inert under ambient conditions, may become reactive under pressure. The possibility of the formation of stable xenon oxides and silicates in the interior of the Earth could explain the atmospheric missing xenon paradox. Using an ab initio evolutionary algorithm, we predict the existence of hermodynamically stable Xe-O compounds at high pressures (XeO, XeO2 and XeO3 become stable at pressures above 83, 102 and 114 GPa, respectively). Our calculations indicate large charge transfer in these oxides, suggesting that large electronegativity difference and high pressure are the key factors favouring the formation of xenon compounds. However, xenon compounds cannot exist in the Earth's mantle: xenon oxides are unstable in equilibrium with the metallic iron occurring in the lower mantle, and xenon silicates are predicted to decompose spontaneously at all mantle pressures (

Experiments on cold compression of graphite have indicated the existence of a new superhard and transparent allotrope of carbon. Numerous metastable candidate structures featuring different topologies have been proposed for “superhard graphite”, showing a good agreement with experimental X-ray data. In order to determine the nature of this new allotrope, we use evolutionary metadynamics to systematically search for low-enthalpy sp³ carbon structures easily accessible from graphite and we employ molecular-dynamics transition path sampling to investigate the corresponding kinetic pathways starting from graphite at 15–20 GPa. Real transformation kinetics are computed and physically meaningful transition mechanisms are produced at the atomistic level of detail in order to demonstrate how nucleation mechanism and transformation kinetics lead to M-carbon as final product of cold compression of graphite. This establishes M-carbon as an experimentally synthesized carbon allotrope. Експерименти по холодному стисненню графіту показали наявність нової надтвердої і прозорою аллотропной форми вуглецю. Численні метастабільні структури з різною топологією були запропоновані для “надтвердого графіту” і показували добру відповідність експериментальним даним рентгенографії. Для однозначного визначення природи цієї нової аллотропной форми нами використано еволюційну метадінаміку, метод, що дозволяє систематичний пошук низькоентальпійних sp³-вуглецевих структур, що кінетично легко одержують з графіту, а також застосований молекулярно-динамічний вибір способів дослідження відповідної кінетики перетворення графіту при тисках 15–20 ГПа. Розрахована реальна кінетика перетворення графіту і отримані на атомистическому рівні реалістичні механізми перетворення, що демонструють, як механізм нуклеації та кінетика перетворення приводять до M-вуглецю – кінцевого продукту холодного стиснення графіту. Ці дослідження дозволяють вважати М-вуглець експериментально синтезованої алотропной формою вуглецю. Эксперименты по холодному сжатию графита показали наличие новой сверхтвердой и прозрачной аллотропной формы углерода. Многочисленные метастабильные структуры с различной топологией были предложены для “сверхтвердого графита” и показывали хорошее согласие с экспериментальными данными рентгенографии. Для однозначного определения природы этой новой аллотропной формы нами использована эволюционная метадинамика, метод, позволяющий систематический поиск низкоэнтальпийных sp³-углеродных структур, кинетически легко получаемых из графита, а также применен молекулярно-динамический выбор способов исследования соответствующей кинетики превращения графита при давлениях 15–20 ГПа. Рассчитана реальная кинетика преобразования графита и получены на атомистическом уровне реалистичные механизмы превращения, которые демонстрируют, как механизм нуклеации и кинетика превращения приводят к M-углероду – конечному продукту холодного сжатия графита Эти исследования позволяют считать М-углерод экспериментально синтезированной аллотропной формой углерода.

Recent studies have shown that hardness, a complex property, can be calculated using very simple approaches or even analytical formulae. These form the basis for evaluating controversial experimental results (as we illustrate for TiO₂-cotunnite) and enable a systematic search for novel hard materials, for instance, using global optimization algorithms (as we show on the example of SiO₂ polymorphs). Недавні дослідження показали, що твердість, фізично складну властивість, можна розрахувати, використовуючи прості підходи і навіть аналітичні формули. Ці підходи дозволяють внести ясність в ситуації, коли експериментальні результати сумнівні (і це показано для випадку псевдотвердого TiO₂ зі структурою котунніта), і відкривають шлях до систематичного пошуку нових твердих матеріалів, зокрема, при використанні методів глобальної оптимізації (як це показано авторами на прикладі поліморфов SiO₂). Недавние исследования показали, что твердость, физически сложное свойство, можно рассчитать, используя простые подходы и даже аналитические формулы. Эти подходы позволяют внести ясность в ситуации, где экспериментальные результаты сомнительны (и это показано для случая псевдотвердого TiO₂ со структурой котуннита), и открывают путь к систематическому поиску новых твердых материалов, в частности, используя методы глобальной оптимизации (как это показано авторами на примере полиморфов SiO₂).

This Letter presents the results of high-pressure experiments and ab initio evolutionary crystal structure predictions, and found a new boron phase that we named gamma-B28. This phase is comprised of icosahedral B12 clusters and B2 pairs in a NaCl-type arrangement, stable between 19 and 89 GPa, and exhibits evidence for charge transfer (for which our best estimate is d