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Unique Nanomechanical Properties of Diamond-Lonsdaleite Biphases: Combined Exp and Theor consideration of popigai impact diamonds

  • For the first time, lonsdaleite-rich impact diamonds from one of the largest Popigai impact crater (Northern Siberia) with a high concentration of structural defects are investigated under hydrostatic compression up to 25 GPa. It is found that, depending on the nature of a sample, the bulk modulus for lonsdaleite experimentally obtained by X-ray diffraction in diamond-anvil cells is systematically lower and equal to 93.3−100.5% of the average values of the bulk moduli of a diamond matrix. Density functional theory calculations reveal possible coexistence of a number of diamond/lonsdaleite and twin diamond biphases. Among the different mutual configurations, separate inclusions of one lonsdaleite (001) plane per four diamond (111) demonstrate the lowest energy per carbon atom, suggesting a favorable formation of single-layer lonsdaleite (001) fragments inserted in the diamond matrix. Calculated formation energies and experimental diamond (311) and lonsdaleite (331) powder X-rayFor the first time, lonsdaleite-rich impact diamonds from one of the largest Popigai impact crater (Northern Siberia) with a high concentration of structural defects are investigated under hydrostatic compression up to 25 GPa. It is found that, depending on the nature of a sample, the bulk modulus for lonsdaleite experimentally obtained by X-ray diffraction in diamond-anvil cells is systematically lower and equal to 93.3−100.5% of the average values of the bulk moduli of a diamond matrix. Density functional theory calculations reveal possible coexistence of a number of diamond/lonsdaleite and twin diamond biphases. Among the different mutual configurations, separate inclusions of one lonsdaleite (001) plane per four diamond (111) demonstrate the lowest energy per carbon atom, suggesting a favorable formation of single-layer lonsdaleite (001) fragments inserted in the diamond matrix. Calculated formation energies and experimental diamond (311) and lonsdaleite (331) powder X-ray diffraction patterns indicate that all biphases could be formed under high-temperature, high-pressure conditions. Following the equation of states, the bulk modulus of the diamond (111)/lonsdaleite (001) biphase is the largest one among all bulk moduli, including pristine diamond and lonsdaleite.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:W. Baek, S. Gromilov, A. Kuklin, E. Kovaleva, A. Fedorov, Alex Sukhikh, M. Hanfland, V. Pomogaev, Y. Melchakova, P. Avramov, Kirill YusenkoORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Nano Letters
Jahr der Erstveröffentlichung:2019
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.3 Strukturanalytik
Verlag:ACS
Jahrgang/Band:19
Ausgabe/Heft:9
Erste Seite:1570
Letzte Seite:1576
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Freie Schlagwörter:Compressibility; Impact diamonds; Lonsdaleite
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
DOI:10.1021/acs.nanolett.8b04421
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:20.02.2019
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:04.04.2019
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