M碳

由於碳可以形成sp-、sp-和sp-雜化，故碳元素的存在形式是多種多樣的，如石墨、立方金剛石、六角金剛石、無定形碳、納米管、富勒烯等。各種同素異形體由於結構的不同，彼此間的電子和力學等物理性質存在迥異的差異。碳的不同存在形式間的轉化一直以來都是科研和生產中的熱門課題。在不使用任何催化劑的情況下，石墨可以在高溫（1600-2500K）和高壓（>15GPa）下，直接轉變為金剛石。另一方面，在常溫下對石墨加壓到~14GPa，相變仍然可以發生。相變的特徵表現在電阻、光學發射和透射、拉曼模式、X射線衍射（XRD）、硬度和近K邊吸收譜都有顯著的變化。引人注意的是這個碳的新相屬於超硬材料，它甚至可以金剛石表面上留下痕跡。
吉林大學李全博士和導師馬琰銘教授通過從頭算演化理論的結構預測方法，提出了一個新奇的單斜超硬碳，並命名為M碳(M-carbon)。M碳可以沿金剛石的（111）表面的重構獲得，還可以被看做是由石墨層滑移和皺摺而成。在13.4GPa以上的壓強條件下，M碳比石墨更穩定，這與實驗上觀測到XRD在大約14GPa發生相變一致。整個布里淵區中沒有出現聲子軟化現象，這證實M碳結構的穩定性。基於此結構模型的理論模擬很好的重現了此前實驗報導的冷壓下石墨XRD和近K邊吸收譜隨壓強的變化關係。M碳的理論硬度和體彈模量分別為83 和 431GPa，都和金剛石很接近，說明M碳是優秀的超硬材料，這也解釋了常溫高壓下的石墨樣品在金剛石上能留下壓痕這一實驗現象。能帶的計算揭示了M碳是帶隙為3.6eV間接帶隙半導體。2009年4月29日，該研究成果發表在Physical Review Letters 102, 175506 (2009)上，2009年5月12日，Nature News以“Carbon that cracks diamond”為題對此結果進行了亮點報導。 http://www.nature.

M碳結構圖1

com/news/2009/090512/full/news.2009.446.html

M碳結構圖2