Hexagonal Diamond: Theoretical Study of Methods of Fabrication and Experimental Identification

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Methods for the formation of hexagonal (2H) diamond from diamond polytypes under various types of deformation of the structure have been studied using density functional theory in the generalized gradient approximation. It has been established that the most appropriate method for the formation the structure of the 2H diamond polytype is the application of shear stresses >102.9 GPa along the [211] direction to the (111) planes of cubic diamond when pressures along the [111], [110], and [211] axes reach 21.6, 21.7, and 69.9 GPa, respectively. Raman and X-ray absorption spectra have also been calculated for various diamond polytypes. The analysis of calculated spectra shows that hexagonal diamond can be unambiguously identified if other diamond polytypes with nonzero hexagonality are absent in the system under study. In addition, Raman spectroscopy data and characteristic electron energy losses have been analyzed in order to determine the presence of 2H diamond in artificial or natural carbon compounds. It has been established that hexagonal diamond in the pure form has not yet been obtained and the structure of synthesized compounds is close to the structure of polytypes with a long lattice period or with a random packing of layers.

About the authors

V. A. Greshnyakov

Chelyabinsk State University

Author for correspondence.
Email: greshnyakov@csu.ru
454001, Chelyabinsk, Russia

References

  1. H. O. Pierson, Handbook of carbon, graphite, diamond, and fullerenes: Properties, processing, and applications, Noyes, Park Ridge (1993).
  2. J. Vejpravova, Nanomaterials 11, 2469 (2021).
  3. П. Б. Сорокин, Л. А. Чернозатонский, УФН 183, 113 (2013).
  4. S. W. Harun, Handbook of graphene, Technology and innovations, Wiley, Hoboken (2019), v. 8.
  5. E. A. Belenkov and V. A. Greshnyakov, New Carbon Mater. 28, 273 (2013).
  6. X.-Q. Chen, H. Niu, D. Li, and Y. Li, Intermetallics 19, 1275 (2011).
  7. V. Blank, M. Popov, G. Pivovarov, N. Lvova, Gogolinsky, and V. Reshetov, Diam. Relat. Mater. 7, 427 (1998).
  8. A. G. Kvashnin and P. B. Sorokin, J. Phys. Chem. Lett. 5, 541 (2014).
  9. Yu. A. Kvashnina, A. G. Kvashnin, M. Yu. Popov, B. A. Kulnitskiy, I. A. Perezhogin, E. V. Tyukalova, L. A. Chernozatonskii, P. B. Sorokin, and V. D. Blank, J. Phys. Chem. Lett. 6, 2147 (2015).
  10. A. G. Lyapin, Y. Katayama, and V. V. Brazhkin, J. Appl. Phys. 126, 065102 (2019).
  11. Z. Pan, H. Sun, Y. Zhang, and C. Chen, Phys. Rev. Lett. 102, 055503 (2009).
  12. W. Zheng, Qi-J. Liu, Z.-T. Liu, and Z.-Q. Zhang, Materials Science in Semiconductor Processing 146, 106692 (2022).
  13. В. В. Бражкин, УФН 190, 561 (2020).
  14. В. А. Грешняков, Е. А. Беленков, ЖЭТФ 151, 310 (2017).
  15. Е. А. Беленков, В. А. Грешняков, ФТТ 58, 2069 (2016).
  16. A. P. Jones, P. F. McMillan, C. G. Salzmann, M. Alvaro, F. Nestola, M. Prencipe, D. Dobson, R. Hazael, and M. Moore, Lithos 265, 214 (2016).
  17. Y. Yue, Y. Gao, W. Hu et al. (Collaboration), Nature 582, 370 (2020).
  18. F. P. Bundy and J. S. Kasper, J. Chem. Phys. 46, 3437 (1967).
  19. V. A. Greshnyakov, E. A. Belenkov, and M. M. Brzhezinskaya, Phys. Status Solidi B 256, 1800575 (2019).
  20. H. He, T. Sekine, and T. Kobayashi, Appl. Phys. Lett. 81, 610 (2002).
  21. P. Giannozzi, O. Andreussi, T. Brumme et al. (Collaboration), J. Phys.: Condens. Matter 29, 465901 (2017).
  22. J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
  23. N. Troullier and J. L. Martins, Phys. Rev. B 43, 1993 (1991).
  24. O. Bunau and M. Calandra, Phys. Rev. B 87, 205105 (2013).
  25. M. Lazzeri and F. Mauri, Phys. Rev. Lett. 90, 036401 (2003).
  26. В. А. Грешняков, Е. А. Беленков, ЖЭТФ 160, 873 (2021).
  27. В. А. Грешняков, Е. А. Беленков, Письма о материалах 11, 479 (2021).
  28. F. Occelli, P. Loubeyre, and R. Letoullec, Nature Materials 2, 151 (2003).
  29. Y. Umeno, Y. Shiihara, and N. Yoshikawa, J. Phys.: Condens. Matter 23, 385401 (2011).
  30. Е. А. Беленков, В. А. Грешняков, ФТТ 59, 1905 (2017).
  31. B. Wen, J. Zhao, M. J. Bucknum, P. Yao, and T. Li, Diam. Relat. Mater. 17, 356 (2008).
  32. С. А. Кукушкин, А. В. Осипов, ФТТ 61, 422 (2019).
  33. F. P. Bundy, W. A. Bassett, M. S. Weathers, R. J. Hemley, H. K. Mao, and A. F. Goncharov, Carbon 34, 141 (1996).
  34. R. H. Baughman, A. Y. Liu, C. Cui, and P. J. Schields, Synth. Met. 86, 2371 (1997).
  35. T. B. Shiell, D. G. McCulloch, J. E. Bradby, J. E. Bradby, B. Haberl, R. Boehler, and D. R. McKenzie, Sci. Rep. 6, 37232 (2016).
  36. M. Nishitani-Gamo, I. Sakaguchi, K. Ping Loh, H. Kanda, and T. Ando, Appl. Phys. Lett. 73, 76537 (1998).
  37. V. N. Khabashesku, Z. Gu, B. Brinson, J. L. Zimmerman, J. L. Margrave, V. A. Davydov, L. S. Kashevarova, and A. V. Rakhmanina, J. Phys. Chem. B 106, 11155 (2002).
  38. A. Misra, P. K. Tyagi, B. S. Yadav, P. Rai, D. S. Misra, V. Pancholi, and I. D. Samajdar, Appl. Phys. Lett. 89, 071911 (2006).
  39. Z. Chen, K. Magniez, M. Duchemin, N. Stanford, A. T. Ambujakshan, A. Taylor, C. S. Wong, Y. Zhao, and X. J. Dai, Plasma Chem. Plasma Process 38, 75 (2018).
  40. Y. Sato, M. Bugnet, M. Terauchi, G. A. Botton, and A. Yoshiasa, Diam. Relat. Mater. 64, 190 (2016).
  41. Y. El Mendili, B. Orberger, D. Chateigner, J.-F. Bardeau, S. Gascoin, and S. Petit, Chem. Phys. 559, 111541 (2022).
  42. V. A. Saleev and A. V. Shipilova, Computer Optics 41, 476 (2017).
  43. С. В. Горяйнов, А. Ю. Лихачева, Н. Н. Овсюк, ЖЭТФ 154, 26 (2018).
  44. V. N. Denisov, B. N. Mavrin, N. R. Serebryanaya, G. A. Dubitsky, V. V. Aksenenkov, A. N. Kirichenko, N. V. Kuzmin, B. A. Kulnitskiy, I. A. Perezhogin, and V. D. Blank, Diam. Relat. Mater. 20, 951 (2011).
  45. M. V. Kondrin, Y. B. Lebed, and V. V. Brazhkin, Diam. Relat. Mater. 110, 108114 (2020).
  46. Q. Li, Y. Ma, A. R. Oganov, H. Wang, H. Wang, Y. Xu, T. Cui, Ho-K. Mao, and G. Zou, Phys. Rev. Lett. 102, 175506 (2009).
  47. Y. Bai, X. Zhao, T. Li, Z. Lv, S. Lv, H. Han, Y. Yin, and H. Wang, Carbon 78, 70 (2014).
  48. В. А. Грешняков, Е. А. Беленков, Неорганические материалы 54, 124 (2018).
  49. Е. М. Байтингер, Е. А. Беленков, М. M. Бржезинская, В. А. Грешняков, ФТТ 54, 1606 (2012).
  50. P. J. Pauzauskie, J. C. Crowhurst, M. A. Worsley, T. A. Laurence, A. L. D. Kilcoyne, Y. Wang, T. M. Willey, K. S. Visbeck, S. C. Fakra, W. J. Evans, J. M. Zaug, and J. H. Satcher, Jr., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 8550 (2011).
  51. P. Nemeth, L. A. J. Garvie, T. Aoki, N. Dubrovinskaia, L. Dubrovinsky, and P. R. Buseck, Nature Commun. 5, 5447 (2014).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».