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高压下BC_3的电子结构及光学性质

周金玲  
【摘要】:由轻元素B、C、N构成的体系一直受到大家的重视,尤其是金刚石、立方氮化硼以及新近出现的C3N4和BC2N等材料更是倍受关注。作为BCN体系的一员,类石墨状的BC3是在1986被合成出来的。 自然界存在的最硬的物质是金刚石,它是石墨的高压相材料,对金刚石的研究也引发了对其他层状物质,如BC3,高压下物性的研究和探索。 在本文中,我们采用了基于密度泛函的第一性原理,研究了BC3在高压下的行为。发现了如下的现象:(1)20GPa时,BC3发生了电子结构相变,由半导体转变为金属。(2)35GPa时,BC3由层状结构变为网状结构,发生了几何结构相变。进一步对网状结构的新相的研究表明:在零温零压下的优化显示该结构可能会被保存下来。此相的体弹模量为360GPa,可与金刚石和立方氮化硼相比拟,可能是新型的超硬材料。 由光学常数的色散曲线,得到了BC3在0GPa时的固有频率值,它们大约为2.4eV,3.6eV, 5.7eV和12.5eV。在40GPa时的三个固有频率值,大约是1.1eV, 3.8eV和12.1eV。还得到了BC3在零压下和40GPa时的等离子频率分别为27.2eV和28.8eV。参照计算得到的吸收谱,40GPa下的网状结构较之于0GPa下的层状结构具有更简单的低频吸收谱,可以成为辨识相变的实验依据。


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