Predicting new superhard phases

Abstract

The search for new superhard materials is of great importance in view of their major roles played for the fundamental science and the industrial applications. Recent experimental synthesis has made several great successes, but the synthetic difficulty in general remains. Materials design technique is greatly desirable as a request to assist experiment. In this paper, two rational theoretical methods of design of superhard materials have been reviewed: (i) substitutional method, which is successful in some cases, but limited to the known chemically related phases, and (ii) global free energy minimization method, which can be applied to large scale of materials with the only information of chemical compositions. The successful applications have been described and the main principles are summarized.

Пошуки нових надтвердих матеріалів дуже важливі як з погляду їх ролі для фундаментальної науки, так і промислового застосування. Нещодавно було проведено декілька дуже успішних експериментів синтезу, однак труднощі синтезу загалом збереглися. Для допомоги в експериментах дуже потрібна техніка проектування матеріалів. У даній статті розглянуто два раціональні теоретичні методи дизайну надтвердих матеріалів: (1) метод заміщення, який є успішним у деяких випадках, але обмежується відомими хімічно спорідненими фазами, і (2) метод глобальної мінімізації вільної енергії, який може бути застосований до великої кількості матеріалів при наявності тільки інформації про хімічний склад.

Поиски новых сверхтвердых материалов очень важны как с точки зрения их роли для фундаментальной науки, так и промышленного применения. Недавно было проведено несколько очень успешных экспериментов синтеза, однако трудности синтеза в общем сохранились. Для помощи в экспериментах нужна техника проектирования материалов. В данной статье рассмотрены два рациональных теоретических метода дизайна сверхтвердых материалов: (1) метод замещения, который является успешным в некоторых случаях, но ограничивается известными химически родственными фазами, и (2) метод глобальной минимизации свободной энергии, который может быть применен к большому количеству материалов при наличии только информации о химических составах.