We combine density functional theory within the local density approximation, the quasiharmonic approximation, and vibrational density of states to calculate single crystal elastic constants, and bulk and shear moduli of diamond at simultaneous high pressures and temperatures in the ranges of 0–500 GPa and 0–4800 K. Comparison with experimental values at ambient pressure and high temperature shows an excellent agreement with our first-principles results validating our method. We show that the anisotropy factor of diamond increases to 40% at high pressures and becomes temperature independent.

1.
F.
Occelli
,
P.
Loubeyre
, and
R.
Letoullec
,
Nature Mater.
2
,
151
(
2003
).
2.
E.
Kohn
,
P.
Gluche
, and
M.
Adamschikr
,
Diamond Relat. Mater.
8
,
934
(
1999
).
3.
D. K.
Bradley
,
J. H.
Eggert
,
R. F.
Smith
,
S. T.
Prisbrey
,
D. G.
Hicks
,
D. G.
Braun
,
J.
Biener
,
A. V.
Hamza
,
R. E.
Rudd
, and
G. W.
Collins
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
075503
(
2009
).
4.
M.
Murakami
,
K.
Hirose
,
K.
Kawamura
,
N.
Sata
, and
Y.
Ohishi
,
Science
304
,
442
(
2004
).
5.
J. E.
Shigley
,
R.
Abbaschian
, and
C.
Clarke
,
Gems Gemol.
38
,
301
(
2002
).
6.
H.
Sumiyaa
,
N.
Toda
, and
S.
Satoh
,
J. Cryst. Growth
237
,
1281
(
2002
).
7.
Q.
Liang
,
C. S.
Yan
,
Y.
Meng
,
S. K. L.
Lai
,
H. K.
Mao
, and
R. J.
Hemley
,
Diamond Relat. Mater.
18
,
698
(
2009
).
8.
Y. F.
Meng
,
C. S.
Yan
,
S.
Krasnicki
,
Q.
Liang
,
J.
Lai
,
Y. Y. H.
Shu
,
A. S.
Steele
,
H. K.
Mao
, and
R. J.
Hemley
,
Phys. Status Solidi A
209
(
1
),
101
(
2012
).
9.
T.
Irifune
,
A.
Kuio
,
S.
Sakamoto
,
T.
Inoue
, and
H.
Sumiya
,
Nature
421
,
599
(
2003
).
10.
H.
Ohfuji
,
T.
Okada
,
T.
Yagi
,
H.
Sumiya
, and
T.
Irifune
,
High Press. Res.
30
,
142
(
2010
).
11.
E. S.
Zouboulis
,
M.
Grimsditch
,
A. K.
Ramdas
, and
S.
Rodriguez
,
Phys. Rev. B
57
,
2889
(
1998
).
12.
G.
Gao
,
K. V.
Workum
,
J. D.
Schall
, and
J. A.
Harrison
,
J. Phys. Condens. Matter
18
,
S1737
(
2006
).
13.
Z. J.
Fu
,
G. F.
Ji
,
X. R.
Chen
, and
Q. Q.
Gou
,
Commun. Theor. Phys.
51
,
1129
(
2009
).
14.
P.
Hohenberg
and
W.
Kohn
,
Phys. Rev.
136
,
B864
(
1964
).
15.
W.
Kohn
and
L. J.
Sham
,
Phys. Rev.
140
,
A1133
(
1965
).
16.
V. R.
Saunders
,
R.
Dovesi
,
C.
Roetti
,
R.
Orlando
,
C. M.
Zicovich-Wilson
,
N. M.
Harrison
,
K.
Doll
,
B.
Civalleri
,
I.
Bush
, and
M. L. P.
D'Arco
,
CRYSTAL03 User's Manual
(
University of Torino
,
2003
).
17.
M. A.
Blanco
,
E.
Francisco
, and
V.
Luana
,
Comput. Phys. Commun.
158
,
57
(
2004
).
18.
D. M.
Ceperley
and
B. J.
Alder
,
Phys. Rev. Lett.
45
,
566
(
1980
).
19.
R. M.
Wentzcovitch
,
Phys. Rev. B
44
,
2358
(
1991
).
20.
R. M.
Wentzcovitch
,
J. L.
Martins
, and
G. D.
Price
,
Phys. Rev. Lett.
70
,
3947
(
1993
).
21.
P.
Giannozzi
,
S.
Baroni
,
N.
Bonini
,
M.
Calandra
,
R.
Car
,
C.
Cavazzoni
,
D.
Ceresoli
,
G. L.
Chiarotti
,
M.
Cococcioni
,
I.
Dabo
 et al,
J. Phys.: Condens. Matter
21
,
395502
(
2009
).
22.
D. C.
Wallace
,
Thermodynamics of Crystals
(
John Wiley& Sons, Inc.
,
USA
,
1972
).
23.
R. M.
Wentzcovitch
,
D. A.
Hugh-Jones
,
R. J.
Angel
, and
G. D.
Price
,
Phys. Chem. Miner.
22
,
453
(
1995
).
24.
B. B.
Karki
,
L.
Stixrude
,
S.
Clark
,
M. C.
Warren
,
G. J.
Ackland
, and
J.
Crain
,
Am. Mineral.
82
,
635
(
1997
).
25.
M.
NúñezValdez
,
K.
Umemoto
, and
R. M.
Wentzcovitch
,
Geophys. Res. Lett.
37
,
L14308
, doi: (
2010
).
26.
M.
NúñezValdez
,
P.
da Silveira
, and
R. M.
Wentzcovitch
,
J. Geophys. Res.
116
,
B12207
, doi: (
2011
).
27.
S.
Baroni
,
A. D.
Corso
,
S.
de Gironcoli
, and
P.
Gianozzi
,
Rev. Mod. Phys.
73
(
2
),
515
(
2001
).
28.
N.
Mounet
and
N.
Marzari
,
Phys. Rev. B
71
,
205214
(
2005
).
29.
H. J.
McSkimin
and
J. P.
Andreatch
,
J. Appl. Phys.
43
(
7
),
2944
(
1972
).
30.
M. H.
Grimsditch
and
A. K.
Ramdas
,
Phys. Rev. B
11
(
8
),
3139
(
1975
).
31.
Z.
Wu
and
R. M.
Wentzcovitch
,
Phys. Rev. B
83
,
184115
(
2011
).
32.
P.
Carrier
,
R. M.
Wentzcovitch
, and
J.
Tsuchiya
,
Phys. Rev. B
87
,
064116
(
2007
).
33.
P.
Carrier
,
J. F.
Justo
, and
R. M.
Wentzcovitch
,
Phys. Rev. B
78
,
144302
(
2008
).
34.
J. P.
Watt
,
J. Appl. Phys.
50
,
6290
(
1979
).
35.
A. A.
Correa
,
S. A.
Bonev
, and
G.
Galli
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
103
,
1204
(
2006
).
36.
S.
Brygoo
,
E.
Henry
,
P.
Loubeyre
,
J.
Eggert
,
M.
Koening
,
B.
Loupias
,
A.
Benuzzi-Mounaix
, and
M. R. L.
Gloahec
,
Nature Mater.
6
,
274
(
2007
).
37.
D. G.
Hicks
,
T. R.
Boehly
,
P. M.
Celliers
,
D. K.
Bradley
,
J. H.
Eggert
,
R. S.
McWilliams
,
R.
Jeanloz
, and
G. W.
Collins
,
Phys. Rev. B
78
,
174102
(
2008
).
39.
L. D.
Landau
and
E. M.
Lifshitz
,
Theory of Elasticity
(
Pergamon
,
UK
,
1970
).
40.
B. B.
Karki
,
R. M.
Wentzcovitch
,
S.
de Gironcoli
, and
S.
Baroni
,
Science
286
,
1705
(
1999
).
You do not currently have access to this content.