The stability of the rhombohedral graphite structure under a core excitation has been investigated by an ab initio total energy calculation based upon the density functional theory in order to examine a possibility of the transition into the diamod structure.
First, the adiabatic potential energy surface (PES) for the ground state and its pressure dependence were investigated. In the ground state, the potential barrier for the transition decreased with increasing pressure and was estimated to be 0.2 eV at 10 GPa, and 0.1 eV at 20 GPa. Therefore, high temperatures or high pressures are necessary in order to cause the transition. Then, the PES for the core hole state was investigated. In the core hole state, the graphite structure is more stable than the diamond structure. Finally, the structural stability for the valence hole state after the Auger decay process was investigated. In contrast to the core hole state, the graphite structure was remarkably unstable compared with the diamond structure. The transition into diamond structure from graphite structure can be induced spontaneously even around room temperature due to excited holes.
These results predict that diamond synthesis is possible by a core excitation through the Auger decay process.
ダイヤモンド構造への転移の可能性を調査するために、密度汎関数理論に基づく第一原理全エネルギー計算を用いて内殻励起下での菱面体グラファイト構造の安定性が調べられてきた。
まず、基底状態における断熱ポテンシャルエネルギー面ダイヤモンドとその圧力依存性を調べた。 基底状態では、圧力が増加すると転移のためのポテンシャル障壁は減少し、10 GPaで0.2 eV、20 GPaで0.1 eVと見積もられた。よって、気体状態でグラファイトからダイヤモンドへの転移は高温と高圧が必要になる。次に、内殻ホール状態でのポテンシャルエネルギー面を調べた。内殻ホール状態では、グラファイトはダイヤモンドよりも安定になる。最後に、オージェ過程後の価電子帯ホール状態での構造の安定性について調査した。内殻ホール状態とは対照的に、グラファイトの構造はダイヤモンドと比べて非常に不安定になる。グラファイトからダイヤモンドへの転移は励起ホールによって室温でさえも自発的に起こりうる。
これらの結果により、オージェ過程を通っての内殻励起によりダイアモンド創成が可能になるということが予測できる。