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Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie
UMR 7590 - Sorbonne Université/CNRS/MNHN/IRD

Séminaire - An infinite family of BC8-like crystalline phases in silicon: A road to where? - Vladimir Dmitrienko

Vendredi 13 mars 2020 à 11 h

IMPMC - Sorbonne Université - 4 place Jussieu, 75005 Paris, tour 23, 4e étage, couloir 22-23, salle 401

A.V. Shubnikov - Institute of Crystallography, FSRC “Crystallography and Photonics” RAS, Moscow, Russia



The BC8 cubic silicon phase (Si-III) and related phases R8 and BT8 had been theoretically studied in LMCP (now IMPMC) at the end of the last century [1,2]. In this lecture we show that new silicon crystalline phases, observed recently in the experiment with the laser-induced microexplosions inside silicon crystals [3], are superstructures of the BC8 phase. The physics of this phenomenon is rather nontrivial: The BC8-like superstructures appear as regularly ordered patterns of switchable atomic strings, preserving everywhere the energetically favorable tetrahedral coordination of silicon atoms [1,2]. The variety of superstructures arises because each string can be switched between two states independently of the others. An infinite family of different phases can be obtained this way and a number of them have considered in detail. In addition to the known BC8, BT8, and R8 crystals, 128 tetrahedral structures with 16, 24, and 32 atoms per primitive cell are generated and studied, most of them are new ones. For the coarse-grain description of the structures with two possible states of switchable strings, the black/white Shubnikov symmetry has been used. The ab initio DFT relaxation of the atomic positions and lattice parameters shows that all the considered phases are metastable and have higher density and energy relative to the BC8 phase at the ambient pressure. A possible scenario for appearance of those phases from the high-temperature-high-pressure amorphous phase is discussed.


[1] V.E. Dmitrienko and M. Kléman, Philos. Mag. Lett. 79, 359 (1999).

[2] V.E. Dmitrienko, M. Kléman, and F. Mauri, Phys. Rev. B 60, 9383 (1999).

[3] L. Rapp, B. Haberl, C.J. Pickard, J.E. Bradby, E.G. Gamaly, J.S. Williams, A.V. Rode, Nat. Commun. 6, 7555 (2015).

Cécile Duflot - 02/03/20

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