金剛石表面重構研究獲進展

　　近日，吉林大學超硬材料國家重點實驗室在“表面重構的模擬新方法與金剛石表面的自組裝碳納米管陣列”研究方面取得重要進展，該研究成果發表在2014年4月16日出版的《自然—通訊》期刊上。研究工作得到了國家自然科學基金委杰出青年基金、面上和重點基金，科技部973計劃，教育部長江學者研究計劃的支持。

　　該研究成果由吉林大學魯少華博士、王彥超講師、劉寒雨博士、馬琰銘教授與北京計算科學中心/美國加州大學的苗茂生博士合作完成。研究發展了表面重構的模擬新方法，發現金剛石表面形成了自組裝碳納米管陣列。研究提出表面不僅可以用作襯底來集成器件，而且其重構體可以作為功能器件的一個重要部分。研究有望實現將金剛石與碳納米管的有機結合，為發展金剛石基半導體器件提出了新思路。

　　課題組利用多目標群智優化算法，引入表面二維空間群對結構的限制和電子記數規則，發展了全局表面重構的模擬新方法，能夠智能開展（無需依賴任何已知表面的結構）表面重構的結構搜索。魯少華和王彥超將該方法編制為程序模塊集成于馬琰銘課題組自主發展的卡里普索（CALYPSO）結構預測軟件包 (CALYPSO結構預測方法和軟件是國際結構預測領域的主流方法和軟件，目前已被30個國家和地區的600余位用戶使用。

　　課題組將最新發展的CALYPSO全局表面結構預測方法應用于金剛石(100)表面，意外發現了一類新奇的自組裝碳納米管陣列的表面重構（如圖），類似于有序排列的碳納米管通過強共價鍵鑲嵌在金剛石的(100)表面上。常規條件下，自組裝碳納米管陣列的表面結構與傳統的二聚體表面結構的能量極其相近，但在高溫或者壓應力的外界條件下，碳納米管陣列表面的能量更加穩定。碳納米管陣列結構兼具金剛石高導熱性和碳納米管高載流子遷移率的特點，同時具有高的熱穩定性，可自組裝。