[發(fā)明專利]一種晶體電子密度分布模型的評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710414196.2
• 申請(qǐng)日: 2017-06-05
• 公開（公告）號(hào): CN107271468B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李暉;賀蒙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國家納米科學(xué)中心
• 主分類號(hào): G01N23/207
• 分類號(hào): G01N23/207
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

本發(fā)明提供了一種晶體電子密度分布模型的評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用。所述評(píng)價(jià)方法包括：S1.計(jì)算待測(cè)晶體的正確電子密度分布模型在經(jīng)歷第一微擾后的結(jié)構(gòu)振幅值，所述第一微擾使得所述待測(cè)晶體中各原子的正確電子密度分布模型在經(jīng)歷微擾后在晶胞內(nèi)的加和與其對(duì)應(yīng)的原子的核外電子數(shù)目相同；S2.計(jì)算待測(cè)晶體的當(dāng)前電子密度分布模型在經(jīng)歷微擾后的結(jié)構(gòu)振幅值，所述微擾使當(dāng)前電子密度分布模型中的低密度區(qū)發(fā)生改變；S3.比較S2中結(jié)構(gòu)振幅值與S1中結(jié)構(gòu)振幅值，以評(píng)價(jià)當(dāng)前電子密度分布模型。本發(fā)明的評(píng)價(jià)方法可以用于晶體結(jié)構(gòu)分析。在較低數(shù)據(jù)分辨率條件下，傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法已經(jīng)失效，而本發(fā)明提供的評(píng)價(jià)方法依然有效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及晶體結(jié)構(gòu)分析技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種晶體電子密度分布模型的評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)取決于其微觀結(jié)構(gòu)，因此，獲取物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息對(duì)于理解物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)極為重要。目前X射線衍射技術(shù)是測(cè)定晶態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)最重要、最權(quán)威的方法，也是應(yīng)用最廣泛的方法。也正是由于100多年前X射線衍射技術(shù)的出現(xiàn)，使人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)深入到了原子層次，從而深刻改變了物理、化學(xué)、材料、生命科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的面貌，極大地推動(dòng)了技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)而深刻改變了人類生活的面貌。X射線衍射技術(shù)的基本原理是入射到晶體中的X射線會(huì)被晶體中周期性分布的電子密度所衍射，而且晶體中的電子密度分布就是晶體結(jié)構(gòu)因子的逆傅里葉變換。晶體中電子密度分布就代表了晶體的結(jié)構(gòu)信息，因此只要通過X射線衍射技術(shù)測(cè)量出晶體的結(jié)構(gòu)因子，就可以方便地獲得晶體結(jié)構(gòu)信息。非常遺憾的是，X射線衍射技術(shù)通常只能獲得衍射強(qiáng)度信息，從衍射強(qiáng)度信息可以獲得晶體結(jié)構(gòu)因子的模值(通常被稱為結(jié)構(gòu)振幅)，但無法獲得晶體結(jié)構(gòu)因子的相位信息，這就是X射線晶體學(xué)中著名的“相位問題”。

迄今人們已經(jīng)發(fā)展出了多種推引結(jié)構(gòu)因子相位的理論和實(shí)驗(yàn)方法，但目前這些方法都各有其局限性。例如曾經(jīng)榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的“直接法”，僅適用于晶胞中含有獨(dú)立原子個(gè)數(shù)較少(通常低于1000)的情況，而且要求衍射數(shù)據(jù)的分辨率為原子級(jí)(約為0.1納米)。即使在最有利的條件下，各種推引相位的方法給出的通常也只是推薦的嘗試相位，與正確相位仍然存在著較大的差距。將這些嘗試相位與實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的衍射振幅相結(jié)合，就可以構(gòu)建晶體中電子密度分布的模型。但這樣獲得的電子密度分布模型是否正確(即與晶體中的實(shí)際電子密度分布相符合)還需要做進(jìn)一步的分析判斷。在衍射數(shù)據(jù)分辨率高而且電子密度分布模型正確或接近正確的情況下，可以根據(jù)電子密度分布模型構(gòu)建出原子級(jí)結(jié)構(gòu)模型，然后利用原子級(jí)結(jié)構(gòu)模型計(jì)算出晶體的結(jié)構(gòu)振幅，如果計(jì)算出的結(jié)構(gòu)振幅與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的結(jié)構(gòu)振幅相一致，則認(rèn)為結(jié)構(gòu)模型正確。

在這種情況下，結(jié)構(gòu)模型與實(shí)際相符合的程度通常用下述指標(biāo)加以評(píng)價(jià)：

其中，∑_h表示對(duì)所有觀察到的衍射振幅加和，|F_obs|和|F_cal|分別表示實(shí)驗(yàn)測(cè)量到的衍射振幅和由結(jié)構(gòu)模型計(jì)算出的衍射振幅。RES(通常被稱為殘差因子)不能應(yīng)用于無法構(gòu)建出原子級(jí)結(jié)構(gòu)模型的情況。在2004年，Oszlányi和在提出電荷翻轉(zhuǎn)法解析晶體結(jié)構(gòu)的同時(shí)，提出了一個(gè)R因子，用來評(píng)價(jià)一個(gè)當(dāng)前的電子密度分布模型的優(yōu)劣。

R因子的定義如下：