انجمن فیزیک ایران مجلۀ پژوهش فیزیک ایران 1682-6957 25 4 2026 02 20 Computational search and investigation of structural phases of Aluminum-Carbon alloy جستجو و بررسی محاسباتی فازهای ساختاری آلیاژ ﺁﻟﻮﻣﻴﻨﻴﻮﻡ-ﻛﺮﺑﻦ 481 489 3752 10.47176/ijpr.25.4.82167 FA رضا شهسواری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان سید جواد هاشمی فر دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی اصفهان 0000-0002-2589-8772 جیل فرپر دانشکده شیمی، دانشگاه پواتیه، فرانسه Journal Article 2025 08 10 In this study, we employed an evolutionary algorithm and density functional theory (DFT) calculations to identify stable and metastable structural phases of aluminum-carbon compounds. Initially, a variable - composition structure search was conducted at ambient pressure to determine the convex hull of the system. Subsequently, we performed a fixed - composition structure search for alloys located on this convex hull, along with some neighboring alloys to identify their stable and metastable structural phases. Along with the most stable phase, seven metastable phases were chosen from this set, and their phonon, mechanical, and electronic properties were determined using DFT calculations. The phonon dispersion calculations reveal that all eight chosen structures are dynamically stable. A comparison of the mechanical properties of these structures reveals a novel and extremely hard phase in the aluminum-carbon alloy, which can be synthesized in thin-film form or utilized in high-temperature operating conditions. First-principles electronic structure calculations reveal that surface carbon doping in the Al-C system enables tunable metallic conductivity while maintaining an exceptional hardness-to-weight ratio. در این پژوهش، از الگوریتم تکاملی و محاسبات نظریه تابعی چگالی برای شناسایی فازهای ساختاری پایدار و شبه‌پایدار ترکیبات آلومینیوم - کربن استفاده کردیم. ابتدا در فشار صفر، یک جستجوی ساختار با ترکیب متغیر انجام شد و پوش محدب این سامانه شناسایی گردید. سپس برای آلیاژهای روی این پوش محدب و همچنین چند آلیاژ نزدیک این پوش، یک جستجوی ساختار دقیق‌تر در ترکیب ثابت انجام شد و فازهای ساختاری پایدار و شبه‌پایدار این آلیاژها شناسایی شد. از این مجموعه، علاوه بر پایدارترین فاز، هفت فاز شبه‌پایدار انتخاب گردید و ویژگی‌های فونونی، مکانیکی و الکترونی آنها با محاسبات دقیق نظریه تابعی چگالی به‌دست آمد. طیف‌های فونونی نشان می‌دهد تمام هشت ساختار منتخب از نظر دینامیکی پایدار هستند. مقایسه ویژگی‌های مکانیکی این ساختارها، نشان‌دهنده یک فاز ساختاری جدید و بسیار سخت در آلیاژ آلومینیوم - کربن است که می‌تواند به‌صورت لایه نازک و یا در دماهای کاری بالا تولید شده و مورد استفاده قرار بگیرد. ویژگی‌های الکترونی به‌دست آمده نشان می‌دهد که با آلایش سطحی کربن در آلیاژ Al-C می‌توان هدایت فلزی مطلوبی در سطح این ترکیب بسیار سخت و سبک ایجاد کرد. https://ijpr.iut.ac.ir/article_3752_48df7b8e8d586a55cf3e7054a4c85b30.pdf