25 октября 2019 года. г. Москва. Троицк

Необычная сжимаемость наноалмазов 2-5 нм

На основе экспериментальных и теоретических исследований учеными ФГБНУ ТИСНУМ, совместно с коллегами из НИТУ МИСиС, определен модуль объемного сжатия, составляющий 607 ГПа для наноалмаза размером 2-5 нм, который значительно превышает модуль объемного сжатия кристаллов алмаза (443 ГПа) и приближается к значениям, характерным для ультратвердого фуллерита (600-1000 ГПа). Модуль экспериментально измерен методом пьезоспектроскопии с использованием камеры с наковальнями из синтетического алмаза с высоким (~60%) содержанием изотопа ¹³С. Частота Рамановского рассеяния в такой наковальне составляет 1306 см^-1 и не мешает регистрации пика на 1325 см⁻¹ наноалмаза 2-5 нм. Модуль объемного сжатия рассчитан по зависимости смещения двух Рамановских линий 1325 см⁻¹ и 1600 см^-1 от давления до 68 ГПа (как показано нами ранее, линия 1600 см^-1 не относится к sp² связям в наноалмазе 2-5 нм).

Моделирование наноалмаза 2-5 нм подтверждает экспериментальные результаты, а также предсказывает рост модуля объемного сжатия с уменьшением размера наноалмаза. Анализ моделируемых структур позволяет предположить возможное объяснение наблюдаемого эффекта за счет увеличения вклада поверхностно сжатых связей при уменьшении размеров наночастиц.

На рисунке приведены экспериментальные данные зависимости относительного Рамановского сдвига (ω-ω₀)/ω₀ (относительной частоты) от давления для наночастиц алмаза с ω₀=1325 см^-1 (помечены треугольниками) и с ω₀=1600 см^-1 (помечены кружками; как показано нами ранее, не относится к связям sp²). Для сравнения приведена зависимость, соответствующая относительной частотной зависимости от давления для монокристалла алмаза с ω₀=1333 см^-1.

Источник:
https://ehprg2019.org/components/com_rsform/uploads/5c6abd5b3953a-EHPRG_2019_Popov.pdf