未来物質領域M1コロキウム　2011年7月6日　第2発表者

発表者

西田翔（吉田研）

指導教員

吉田　博

Title

Direct conversion of graphite into diamond through electronic excited states

Abstract

Carbon and boron nitride have fascinating properties such as extreme hardness, high melting point, low dielectric constant, large band gap,etc. Recently it was shown that Wurtzite Boron Nitride (W-BN) is harder than Diamond by 17.5% by first-principles calculations. [1] Boron nitride has the cubic and hexagonal structure like carbon. The purpose of my research is calculating the structural stability and phase transition of boron nitride systems.
Concerning to the structural phase transition, there are some preceding works. In this talk,I am going to introduce you the former work on the phase transition of C [2]. In ref. [2], an ab initio total energy calculation has been performed for electronic excited states in diamond and rhombohedral graphite by the full-potential linearized augmented plane wave method within the framework of the local density approximation. The structural stability of rhombohedral graphite has been investigated to examine the possibility of the transition into the diamond structure through electronic excited states. While maintaining the rhombohedral symmetry, rhombohedral graphite can be spontaneously transformed to cubic diamond. It is found that in core exciton state, the graphite structure is more stable than the diamond. In the valence hole state after Auger decay process, in contrast, the graphite structure is remarkably unstable compared with the diamond. It is suggested that the conversion into diamond from graphite can be induced spontaneously even at room temperatures due to excited holes.

日本語タイトル

電子励起状態を通してのグラファイトからダイアモンドへの構造相転移

日本語概要

炭素と窒化ホウ素は超硬度、低誘電性、大きいバンドギャップといった魅力的な特性を持っている。 近年、ウルツ鉱型の窒化ホウ素が第一原理計算によりダイアモンドよりも約17.5％硬いということが示された。[1] 窒化ホウ素は炭素のように立方晶や六方晶の構造を持つが、 私の研究の目的は窒化ホウ素の構造相転移について計算することである。
今回の発表では、類似の研究として炭素の構造相転移に関する論文を紹介する [2]。 炭素には様々な多形があるが、この論文ではABCスタッキングのグラファイトとダイアモンドの全エネルギーを LDAの範囲でFLAPW法を用いて計算し、 ABCスタッキングのグラファイトが電子励起状態を通してダイアモンド構造に転移する可能性を調べている。 論文では、内核励起状態ではグラファイトの方がダイアモンドよりも安定であるが、 それとは対照的にオージェ過程後は価電子帯にある正孔によりグラファイト構造はダイアモンド構造に比べて大いに不安定に なることが示されており、レーザー照射によるグラファイトからダイヤモンドへの転移が示唆されている。

References

[1] Z. Pan , H. Sun, Y Zhang and C Chen Phys.Rev.Lett. 102, 055503(2009).
[2] H. Nakayama and H. Katayama-Yoshida, J.Phys:Condens.Matter 15, R1077(2003).