近日，吉林大學(xué)超硬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在“表面重構(gòu)的模擬新方法與金剛石表面的 自組裝碳納米管陣列”研究方面取得重要進(jìn)展，該研究成果發(fā)表在2014年4月16日出版的《自然-通訊》期刊上。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委杰出青 年基金、面上和重點(diǎn)基金，科技部973計(jì)劃，教育部長(zhǎng)江學(xué)者研究計(jì)劃的支持。

　 　該研究成果由吉林大學(xué)魯少華博士、王彥超講師、劉寒雨博士、馬琰銘教授與北京計(jì)算科學(xué)中心/美國(guó)加州大學(xué)的苗茂生博士合作完成。研究發(fā)展了表面重構(gòu)的模 擬新方法，發(fā)現(xiàn)金剛石表面形成了自組裝碳納米管陣列。研究提出表面不僅可以用作襯底來(lái)集成器件，而且其重構(gòu)體可以作為功能器件的一個(gè)重要部分。研究有望實(shí) 現(xiàn)將金剛石與碳納米管的有機(jī)結(jié)合，為發(fā)展金剛石基半導(dǎo)體器件提出了新思路。

　 　課題組利用多目標(biāo)群智優(yōu)化算法，引入表面二維空間群對(duì)結(jié)構(gòu)的限制和電子記數(shù)規(guī)則，發(fā)展了全局表面重構(gòu)的模擬新方法，能夠智能開(kāi)展(無(wú)需依賴任何已知表面 的結(jié)構(gòu))表面重構(gòu)的結(jié)構(gòu)搜索。魯少華和王彥超將該方法編制為程序模塊集成于馬琰銘課題組自主發(fā)展的卡里普索(CALYPSO)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)軟件包 。

　　課題組將最新發(fā)展的CALYPSO全局表面結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 方法應(yīng)用于金剛石(100)表面，意外發(fā)現(xiàn)了一類新奇的自組裝碳納米管陣列的表面重構(gòu)(如圖)，類似于有序排列的碳納米管通過(guò)強(qiáng)共價(jià)鍵鑲嵌在金剛石的 (100)表面上。常規(guī)條件下，自組裝碳納米管陣列的表面結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的二聚體表面結(jié)構(gòu)的能量極其相近，但在高溫或者壓應(yīng)力的外界條件下，碳納米管陣列表面 的能量更加穩(wěn)定。碳納米管陣列結(jié)構(gòu)兼具金剛石高導(dǎo)熱性和碳納米管高載流子遷移率的特點(diǎn)，同時(shí)具有高的熱穩(wěn)定性，可自組裝。