HSH-carbon: A novel sp2–sp3 carbon allotrope with an ultrawide energy gap

带隙 材料科学 半导体 碳纤维 石墨烯 钻石 直接和间接带隙 富勒烯 堆积 声子 纳米技术 凝聚态物理 光电子学 化学 物理 复合材料 有机化学 复合数
作者
Jiaqi Liu,Qian Gao,Zhenpeng Hu
出处
期刊:Frontiers of Physics in China [Higher Education Press]
卷期号:17 (6) 被引量:4
标识
DOI:10.1007/s11467-022-1187-9
摘要

An sp2–sp3 hybrid carbon allotrope named HSH-carbon is proposed by the first-principles calculations. The structure of HSH-carbon can be regarded as a template polymerization of [1.1.1]propellane molecules in a hexagonal lattice, as well as, an AA stacking of recently reported HSH-C10 consisting of carbon trigonal bipyramids. Based on calculations, the stability of this structure is demonstrated in terms of the cohesive energy, phonon dispersion, Born—Huang stability criteria, and ab initio molecular dynamics. HSH-carbon is predicted to be a semiconductor with an indirect energy gap of 3.56 eV at the PBE level or 4.80 eV at the HSE06 level. It is larger than the gap of Si and close to the gap of c-diamond, which indicates HSH-carbon is potentially an ultrawide bandgap semiconductor. The effective masses of carriers in the VB and CB edge are comparable with wide bandgap semiconductors such as GaN and ZnO. The elastic behavior of HSH-carbon such as bulk modulus, Young’s modulus and shear modulus is comparable with that of T-carbon and much smaller than that of c-diamond, which suggests that HSH-carbon would be much easier to be processed than c-diamond in practice.
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