بررسی تغییر شکل تک‌محوره در تهی‌جای الماس توسط مدل هابارد

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

1 هیات علمی

2 دانشگاه صنعتی شریف دانشکده فیزیک دانشجوی دکتری

3 هیات علمی دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

در این مقاله به کمک مدل هابارد تعمیم یافته تنش محوری در راستای [001] در شبکۀ تهی‌جای الماس مورد مطالعه قرار گرفته است. این تنش منجر به تغییر مکان اتم‌های کربن اطراف تهی جا شده و تقارن را به D2d کاهش می‌دهد. نتایج به دست آمده از این مدل و به کمک خوشۀ C70H70 در نرم‌افزار گاوسین نشان می‌دهد که ترازهای انرژی T (با تبهگنی فضایی سه-گانه) به ترازهای انرژی E (با تبهگنی فضایی دو‌گانه) و A (بدون تبهگنی فضایی) تبدیل می‌شوند. همچنین مشاهده شده است که خط جذبی GR1 در تهی‌جای خنثی (V0) در اثر جابجایی اتم‌های اطراف تهی‌جا در شبکۀ الماس تغییر قابل توجهی می‌کند و در خط جذبی ND1 در تهی‌جای منفی (V-) تغییر اندکی مشاهده می‌شود که با داده های تجربی در توافق است. با توجه به کارهای گسترده‌ای که در این زمینه انجام می‌شود نتایج به‌دست آمده می‌تواند در تفسیر داده‌های تجربی راه گشا باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The study of uniaxial deformation in the diamond vacancy by Hubbard model

نویسنده [English]

  • Mohsen Babamoradi 1
چکیده [English]

Generalized Hubbard model was used to study the effect of uniaxial deformation of the vacancy defect in diamond. The [001] strain on the vacancy’s neighboring carbon atoms was assumed and in consequence the symmetry of crystal lowered to D2d. The results of Hubbard calculation with C70H70 cluster in the Gaussian 2003 package show that the T states (triplet spatial degenerate state) spilt to E (double spatial degenerate state) and A state (single spatial degenerate state). Also we found that the GR1 line in V0 will be changed by deformation percent of the vacancy’s neighboring carbon atoms and a little change in the ND1 line in the NV- which is in agreement with experimental results. Our results can predict the experimental results in this field.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Diamond vacancy
  • Hubbard model
  • uniaxial deformation
 

 

[1] J.E. Field, The properties of natural and synthetic diamond. Academic Press, London, (1992).

[2] C.A. Coulson, M.J. Kearsley, Colour Centres in Irradiated Diamonds I, Proceeding Royal Society London 241 (1957) 433-454.

 

[3] C.D. Clark, J. Walker, The Neutral Vacancy in Diamond, Proceeding Royal Society London, Ser. A 234 (1973) 241-257.

[4] K. Iakoubovskii, S. Dannefaert, A. Stesmans, Evidence for vacancy-interstitial pairs in Ib-type diamond, Physical Review B 71 (2005) 233201.
[5] J.A. Vanwyk, O.D. Tucker, M.E. Newton, J. M. Baker, G. S. Woods, and P. Spear, Magnetic-resonance measurements on the 5A2 excited state of the neutral vacancy in diamond, Physical Review B 52 (1995) 12657.
[6] J. Isoya, H. Kanda, Y. Uchida, S.C. Lawson, S. Yamasaki, H. Itoh, and Y. Morita, EPR identification of the negatively charged vacancy in diamond, Physical Review B 45 (1992) 1436.
[7] I.N. Douglas, W.A. Runciman,The magnetic circular dichroism spectrum of the GR1 line in irradiated diamonds, Journal of Physics C: Solid State Physics10 (1977)2253.

[8] J.E. Lowther, J.A. Vanwyk, Strongly perturbed negative-vacancy-related centers in diamond, Physical Review B 49 (1994) 11010.

[9] R.Q. Hood, P.R.C. Kent, R.J. Needs and P. R. Briddon, Quantum Monte Carlo Study of the Optical and Diffusive Properties of the Vacancy Defect in Diamond, Physical Review Letters 91 (2003) 076403.

[10] M. Piccardo, F. Bosia, P. Olivero and N. Pugno, An analytical model for the mechanical deformation of locally graphitized diamond, Diamond and Related Materials 48(2014) 73.

[11] N. Fujita, A.T. Blumenau, R. Jones, S. Öberg and P. R. Briddon, Theoretical studies on 〈100〉dislocations in single crystal CVD diamond, Physica Status Solidi A 203 12 (2006) 3070–3075

[12] I. Laszlo, M. Kertesz, B. Slepetz and Y. Gogotsi, Simulations of large multi-atom vacancies in diamond, Diamond and Related Materials 19 (2010) 1153-1162.

[13] M. HeidariSaani, M.A. Vesaghi, K. Esfarjani, A. Shafiekhani, Details of a theoretical model for electronic structure of the diamond vacancies, Diamond and Related Materials 13 (2004) 2125-2130.

[14] M. HeidariSaani, M.A. Vesaghi, K. Esfarjani, and A. Shafiekhani, Generalized Hubbard model for many-electron states of the diamond vacancies: A non-CI approach, physica status solidi B 243 (2006) 1269–1275.

[15] M. HeidariSaani, M.A. Vesaghi, K. Esfarjani, T. GhodsElahi, M. Sayari, H. Hashemi and N. Gorjizadeh, Lattice relaxation in many-electron states of the diamond vacancy, Physical Review B 71 (2005) 035202.

[16] A.J. Haq, P.R. Munroe, M. Hoffman, P.J. Martin and A. Bendavid, Effect of coating thickness on the deformation behaviour of diamond-like carbon–silicon system, Thin Solid Films 518 (2010) 2021–2028.

[17] A .Danescu, Hyper-pre-stress vs. strain-gradient for surface relaxation in diamond-like structures, Journal of the Mechanics and Physics of Solids 60 (2012) 623–642.

[18] M. Petrovic, A .Ivankovicand N. Murphy, The mechanical properties of polycrystalline diamond as a function of strain rate and temperature, Journal of the European Ceramic Society 32 (2012) 3021–3027.

[19] J. Schaufler, K. Durst, O. Massler and M. Göken, In-situ investigation on the deformation and damage behaviour of diamond-like carbon coated thin films under uniaxial loading, Thin Solid Films 517 (2009) 1681–1685.

[20] D. Howell, S. Piazolo, D.P. Dobson, I.G. Wood, A.P. Jones, N. Walte, D.J. Frost, D. Fisher, W.L. Griffin, Quantitative characterization of plastic deformation of single diamond crystals: A high pressure high temperature (HPHT) experimental deformation study combined with electron backscatter diffraction (EBSD), Diamond and Related Materials 30 (2012) 20–30.

[21] L.S. Hounsome, R. Jones, P.M. Martineau, D. Fisher, M.J. Shaw, P.R. Briddon, S. Öberg, Origin of brown coloration in diamond, Physical Review B 73 (2006) 125203.