6.3 结构参数
Edit Data对话框的Structure parameters选项卡(图6.10)用于输入和编辑于原子结构有关的参数。可在该选项卡上半部分的文本框中,输入或编辑以下结构信息:
-
Symbol…:元素符号(最多两个字符)。
-
Label:位点名称(最多六个字符)。
-
Charge:形式电荷(氧化数;可选)。
-
x、y、z:分数坐标x、y、z(无量纲)。
-
s.u.(x)、s.u.(y)、s.u.(z):分数坐标的标准不确定度(默认值:0)。
-
Occ:占据率(无量纲;可选)。
-
B或U:各向同性原子位移参数,B或U(单位为Å2;可选)。
-
U11、U22、U33、U12、U13、U23:各向异性原子位移参数Uij(单位为Å2;可选)。
-
beta11、beta22、beta33、beta12、beta13、beta23:各向异性原子位移参数βij(无量纲;可选)。
图6.10:Edit Data对话框的Structure parameters选项卡
非对称单位晶胞中的位点列表显示在页面的下半部分。当列表中没有选择位点时,文本框无法编辑。当列表中某项被选中时,文本框将更新,以显示与所选位点相关的数据。还支持列表项的实时编辑,如图6.10所示。
如要添加新的位点,首先单击New按钮,再在文本框中编辑文本。在光标位于另一个文本框或另一个GUI控件后,该文本框中的修改将立即应用到所选的位点。在文本框中需要输入数值的情况下,如果输入的文本不是有效的数值,或者文本框为空,将放弃此次修改。因此,如果意外更改了文本框中的一个值,可以通过在将光标移到另一个GUI控件之前删除文本框中的全部文本来恢复原始值。
选择列表中的一项,单击Delete按钮,或按下键盘上的Delete键,可以删除一个位点。单击Clear按钮,将删除列表中的所有位点。
6.3.1 元素符号和标签
对于每个位点,元素符号最多输入两个字符,标签最多输入9个字符。单击Symbol…按钮,可以从Periodic Table对话框(图6.11)中选择元素符号。
图6.11:Periodic Table对话框
6.3.2 形式电荷
严格来讲,形式电荷不属于结构参数。然而可使用形式电荷,根据键价参数估算键长(见11.4.3)、从键长估算电荷分布(见11.4.3)、用傅里叶方法计算静电位势和Madelung能量(见14.5)。
6.3.3 分数坐标
对于特殊位置,输入分数,如1/4、1/2、1/3,或应给出足够位数的有效数字,如0.333333、0.666667。
当使用RIETAN-FP精修的各向异性原子位移参数绘制位移椭球时,对于每个Wyckoff位置,需要输入对应于《国际晶体学表(第一卷)》中描述的第一个等效位置的分数坐标。例如,对于空间群P4/mmm (No. 123)中的4i位点,需输入(0, 1/2, z),而非(1/2, 0, z)。
图6.12:Cs6C60的晶体结构,其中C60以半透明的多面体表示。在C60的中心添加了一个占据率为g = 0的虚拟位点X。通过在Bonds对话框中指定X-C键,创建了C60多面体。C-C键也通过Search molecules模式搜索,以实心圆柱体表示为多面体的边。创建化学键和多面体的方法详见第8章。
6.3.4 占据率
占据率的定义以位点完全占据的占据率为1个单位,位点为虚拟位点的占据率为0。如果一个位点的占据率小于1个单位,则占据在该处的原子显示为占据圆圈图。如果单色球体优先于双色球体占据,为了方便起见,将占据率改为1个单位。
如果一个位点的占据率为零,则该位点被视为一个虚拟位点,这个虚拟位点不被真实结构中的任何原子占据。虚拟位点和连接它们的键都不显示在屏幕上。虚拟位点可应用于辅助可视化显示,例如,笼状结构的多孔晶体可显示为固态多面体,而不会产生大量不必要的化学键(图6.12)。
6.3.5 原子位移参数
Debye–Waller因子Tj(h),常称为温度因子,包含在结构因子F(h)的表达式中,用以表示原子j的静态和动态位移的影响(见公式14.8和14.11)。原子的位移有两种不同的形式:各向异性原子位移和各向同性原子位移。
各向异性模型
各向异性Debye–Waller因子Tj(h),定义为:
此处a*、b*、c*、α*、β*和γ*为倒易晶格参数。
各向异性原子位移参数的类型需在Anisotropic列表框中设置:“None”为省略各向异性原子位移参数,“U”输入Uij ( U11、U22、U33、U12、U13和U23 ),“beta”输入βij(β11、β22、β33、β12、β13和β23)。利用该列表框,可以将Uij转换为βij,反之亦然。
利用其它方式定义的各向异性原子位移参数必须利用上述定义转换为Uij或βij。
如使用RIETAN-FP的Rietveld方法对βij进行精修,每个位点的βij都必须满足对其施加的线性约束。
各向同性模型
各向同性Debye–Waller因子Tj(h),定义为:
此处B和U为各向同性原子位移参数(U = B/8π2), θ为Bragg角,λ为X光或中子波长,d为晶面间距。B和U与均方位移<u2>有关,沿垂直于反射平面的方向:
例如,如果B的值为3Å2,其对应的位移约为0.2Å。
各向同性原子位移参数的类型需在Isotropic列表框中设置。利用该列表框,可以将U转换为B,反之亦然。
利用其它方式定义的各向异性原子位移参数必须利用上述定义转换为U或B。
对于已输入各向异性原子位移参数Uij或βij的晶体学位点,可由Uij、a*、b*、c*,和度量张量G计算等效各向同性原子位移参数Beq或Ueq:
在重新打开Edit Data对话框后,在Structure parameters选项卡中,Beq和Ueq即被视为B和U。
6.3.6 导入结构参数
可以通过单击Structure parameters页面底部右边的Import…按钮,然后从文件选择对话框中,选择VESTA所支持的格式的文件,从存储结构数据的文件中导入结构数据。
选项Link指定以VESTA格式在文件*.vesta中输出当前结构数据的方式。结构数据通常记录在*.vesta中。另一方面,对于体数据,数据文件的相对路径(包括文件名)记录在*.vesta中,而不是在其中直接记录体数据。在勾选了Link选项时,也将使用数据文件的相对路径记录结构数据。然后,即使在保存*.vesta之后更改了结构数据文件,当重新打开*.vesta时,这些更改将反映在VESTA中。该选项在准备*.vesta文件时很有用,它以VESTA格式作为模板文件,用于设置对象和整体外观。此选项禁用Structure parameters选项卡中的文本框和列表框,从而禁止用户编辑结构数据,因为当启用此选项时,对结构数据的任何修改都不会保存到文件中。
6.3.7 移除冗余原子
当空间群变为对称性较高的空间群时,或者当单位晶胞变换为较小的单位晶胞时(见6.2.6),同一原子位置可能由两个或两个以上的位置生成。在这种情况下,可以通过单击Remove duplicate atoms按钮来删除冗余位置。然后,将打开如图所示的对话框,需输入将两个原子之间距离的阈值,将距离小于该值的两个原子视为同一个位点。
阈值以Å为单位输入。增加阈值也有一定意义,例如,可从计算模拟得到的大晶胞中提取出一个平均结构。