Углерод может существовать во множестве форм. В зависимости от того, как атомы связываются друг с другом, получаются разные материалы: от одномерных цепей до трехмерной алмазной решетки. Специалисты полагают, что из всех теоретически стабильных аллотропов было обнаружена лишь небольшая часть. Проблема в том, что традиционные методы поиска требуют слишком много вычислительных ресурсов.

Изображение - ChatGPT

Команда под руководством Чжибиня Гао (Zhibin Gao) из Сианьского университета Цзяотун (Xi'an Jiaotong University) использовала языковую модель CrystaLLM. Она генерирует потенциальные кристаллические структуры. Затем встроенный алгоритм проверяет их стабильность. Для оценки структурной сложности ученые применили дескриптор на основе энтропии Шеннона.

Благодаря новой технологической платформе CrystaLLM представляет новые аллотропы углерода. Фото: Чжибин Гао/Phys.org

Система проанализировала тысячи кандидатов и выявила несколько новых аллотропов. Один из них — сверхтвердая фаза с расчетной твердостью выше алмазной. Ее плотная sp³-сетка делает материал перспективным для применений, требующих экстремальной износостойкости.

«Мы также обнаружили гибридизованную фазу sp-sp²-sp³ фазы C₁₂, содержащую 12 атомов углерода на элементарную ячейку, которая уникальным образом сочетает металлическую проводимость с отрицательным коэффициентом Пуассона», — говорит Гао. Последнее свойство описывает, как материал, вопреки интуиции, расширяется в направлении, перпендикулярном направлению растяжения. «Расчеты электронной структуры также показывают, что некоторые фазы айн-алмаза представляют собой узкозонные полупроводники, пригодные для применения в инфракрасном диапазоне или термоэлектрических устройствах».