論文の概要: From Mono- to Hexa-Interstitials: Computational Insights into Carbon Defects in Diamond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.06167v1
• Date: Fri, 05 Dec 2025 21:34:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-09 22:03:54.213056
• Title: From Mono- to Hexa-Interstitials: Computational Insights into Carbon Defects in Diamond
• Title（参考訳）: モノからヘキサ中間体:ダイヤモンド中の炭素欠陥の計算的考察
• Authors: Nima Ghafari Cherati, Arsalan Hashemi, Ádám Gali,
• Abstract要約: ダイヤモンド中の炭素自己中間体欠陥を, モノ-ヘキサ-中間体複合体からヘキサ-中間体複合体まで調査した。 以上の結果から,アグリゲーションに対するエネルギー駆動力の顕著さが明らかとなった。 欠陥エネルギー準位の解析により、研究対象のモノ, ジ, ペンタ, ヘキサ-中間体複合体のみがギャップ内電子状態をもたらすことが示された。 振動分光学は、自己相互作用が特徴的なシグネチャを生成することを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a comprehensive first-principles investigation of carbon self-interstitial defects in diamond, ranging from mono- to hexa-interstitial complexes. By quantum mechanical density functional theory, empowered by interatomic potential models, we efficiently sample the complex configurational landscape and identify both known and previously unreported defect geometries. Our results reveal a pronounced energetic driving force for aggregation: the formation energy per interstitial decreases systematically from isolated split interstitials to compact multi-interstitial clusters, with the tetra-interstitial platelet emerging as a particularly stable structural motif. Additionally, charge analysis indicates that the predominantly covalent bonding in diamond becomes more polar within the defect centers. Analysis of defect energy levels shows that only the investigated mono-, di-, penta-, and hexa-interstitial complexes introduce in-gap electronic states, whereas the tri- and tetra-interstitial clusters are electronically inert. Vibrational spectroscopies further reveal that self-interstitials generate characteristic signatures. Short carbon-carbon bonds inside the defect cores give rise to high-frequency vibrational modes between 1375 and 1925 cm$^{-1}$, which are strongly IR-active but exhibit weak Raman activity. Taken together, these findings provide a coherent picture of the structural, electronic, and vibrational characteristics of carbon self-interstitials and establish a robust framework for their experimental identification.
• Abstract（参考訳）: 本報告では, ダイヤモンド中の炭素自己中間体欠陥の包括的研究を, モノ--ヘキサ-中間体複合体まで行った。 原子間ポテンシャルモデルによって強化された量子力学的密度汎関数理論により、複雑な構成風景を効率的にサンプリングし、既知および未報告の欠陥測地の両方を同定する。 間質間隙形成エネルギーは分離された間質間隙からコンパクトな間質間クラスターへ体系的に減少し, 間質間層は特に安定な構造モチーフとして出現する。 さらに、電荷分析により、ダイヤモンドの共有結合が欠陥中心内でより極性を帯びることが示されている。 欠陥エネルギーレベルの分析では、調査対象のモノ, ジ, ペンタ, ヘキサ-中間体複合体のみがギャップ内電子状態を導入し、トリ-およびテトラ-中間体クラスターは電子的に不活性である。 振動分光法により、自己中間体が特徴的なシグネチャを生成することが明らかにされる。 欠陥核内の短い炭素-炭素結合は1375年から1925cm$^{-1}$の間で高周波振動モードを引き起こし、強いIR活性を持つがラマン活性は弱い。 これらの知見は, 炭素自己中間体の構造的, 電子的, 振動的特性のコヒーレントな図式を提供し, 実験的同定のための堅牢な枠組みを確立した。

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