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晶体模型的构建

天玑智研615
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如今,理论计算与实验相结合已经成了最主流的研究方式,尤其是在涉及到机理分析方面,理论计算几乎必不可少。 理论计算的首要步骤就是构建晶体模型,那构建模型需要哪些信息,并且如何从实验结果获得这些必要信息。接下来我们将和大家分享关于晶体模型的构建。

构建晶体模型需要以下三方面的信息:

i. 对称性信息:即空间群(space group);晶体内部结构中全部对称要素的集合称为 “空间群” 。一切晶体结构中总共只能有230种不同的对称要素组合方式,即230个空间群。

ii. 晶格常数(或称晶格参数):完整的晶格参数应当由3个晶格常数(a、b、c)和3个夹角(α、β、γ)来描述。

iii. 晶胞中原子种类及其三维坐标。

这些信息的来源:首先我们根据实验中X射线衍射仪技术(X-ray diffraction,XRD)对材料进行X射线衍射,得到并分析其衍射图谱。可在XRD标准图库(JCPDs)中检索以得到对应的标准图谱。根据标准物质卡片得到材料的成分等相关信息。理论计算要做的就是将这些信息收集,然后在晶体数据库中查询。最后根据晶体数据库的信息进行建模。

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常用的数据库、网站和软件:

* 无机晶体库:ICSD(The Inorganic Crystal Structure Database),数据集成在Findit软件中;

* 有机晶体:CSD(Cambridge Structural Database),数据集成在CCDC软件中;

* 矿物晶体:AMCSD(美国矿物晶体结构数据库)

* 晶体结构+部分信息:Materials Project网站(https://materialsproject.org/),还给出了能带、磁矩等信息;

* 新合成的晶体:从发表论文正文、附件中获得,或尝试联系作者获取。

在这些数据库中,我们可以直接获得晶体结构的三方面信息或是cif文件,根据这些即可构建晶体模型。

在MS软件中,选择菜单栏中Build/Crystal。在弹出的对话框中,分别在Space Group和Lattice Parameters中输入所需构建模型的空间群和晶格常数,点击Build。然后再在菜单栏中选择Build/Add Atoms,在弹出的对话框中输入元素和对应的原子坐标,点击Add,就可以构建出晶体模型。

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MS软件中也有很多晶体的结构,点击File/Import/Structure,在文件夹下查找需要的晶体。

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如果要导入cif文件,可以直接拖入到MS界面中,或是点击File/Import,选择存放cif文件的路径,即可导入。注意存放的路径不可出现中文,否则会出现导入失败的提醒。

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