[发明专利]一种少电子多中心键晶体的设计方法及其获得的晶体

说明书

本发明属于晶体材料技术领域，具体涉及一种少电子多中心键晶体的设计方法及其获得的晶体，该设计方法包括如下步骤：1)计算候选晶体中阳离子和阴离子的离化度；2)计算候选晶体中阳离子和阴离子的杂化度；3)计算候选晶体中键的饱和度；4)以离化度、杂化度、饱和度为坐标轴建立三维坐标系，标记出离化度、杂化度、饱和度满足筛选条件的区域，区域内的材料即为少电子多中心键晶体。本发明通过将离化度、杂化度和饱和度的概念引入到少电子多中心键合晶体的设计中，提供了设计多中心键晶体的有效方法，为今后的科学技术工作者研究少电子多中心晶体中更加深刻的成键原因、键合机理、键合性质提供了新的思路。

技术领域

本发明属于晶体材料技术领域，具体涉及一种少电子多中心键晶体的设计方法及其获得的晶体。

背景技术

少电子多中心键指的是由三个或三个以上原子的原子轨道互相叠加，形成了成键电子数小于成键轨道数的化学键。这类键合中电子的成键方式并不像常规键合那样，例如金属中，电子以自由电子气的形式存在，金属原子间通过高度离域的自由电子形成金属键；例如共价晶体中，电子以共用电子对的形式存在，原子间通过高度局域的电子对形成共价键。在少电子多中心键中，相邻多个原子的电子轨道间发生杂化，杂化完成后，在不同的空间位置上形成了能量水平相近的多个杂化电子轨道，因为能量水平相近，价电子便可以自由的行动在所有这些轨道上。这使得在具有少电子多中心键的晶体中，相邻所有原子都共用来自中心原子的价电子。这就使得在电场的作用下，电子发生位移的距离从共价晶体的两个相邻原子之间的范围，扩大至多中心键晶体的整个晶胞之中的范围，使电子通过发生位移产生的电子位移极化效应大幅增强，进而使光频介电常数增大。因此，少电子多中心键晶体一般都具有较大的。

在光电材料领域，光子/电子相互作用主要是基于德鲁德自由电子理论，光电性能之间复杂的作用关系可以用不同电学下薄膜等离子波长(ω_p)与光频介电常数之间的关系很好的进行解释。因此，具有大ε_∞的少电子多中心键晶体具有高的迁移率、高的红外透射率等独特光电性质，这将为新型光电功能材料的开发提供一个新的平台。但是，尚没有一个完善的方法能够定量、具体可行地设计出具有少电子多中心键晶体，其主要原因有三个：1)从研究现状的角度，现有的研究主要集中在金属键、共价键等传统键合晶体，少电子多中心键晶体很好被报道；2)从物理起源的角度，少电子多中心键合不同于传统键合，其是多个原子间、多条杂化轨道间经过了复杂的相互作用的结果，并且需要进行大量的理论计算，分析起来十分不易；3)从实验表征的角度，化学键的本质是原子间电子相互作用关系，尽管在理论上可以通过杂化轨道模型勾勒出多中心键合模型，但一直缺少有力的表征手段。

有鉴于此，亟需设计一种能够有效筛选出少电子多中心键晶体的设计方法。

发明内容

本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种少电子多中心键晶体的设计方法及其获得的晶体，该方法通过限定原子组成(离化度，杂化度)和晶体结构(饱和度)筛选出一类少电子多中心键晶体。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种少电子多中心键晶体的设计方法，包括如下步骤：

1)计算候选晶体中阳离子和阴离子的离化度；

2)计算候选晶体中阳离子和阴离子的杂化度；

3)计算候选晶体中键的饱和度；

4)以离化度、杂化度、饱和度为坐标轴建立三维坐标系，标记出离化度、杂化度、饱和度满足筛选条件的区域，区域内的材料即为少电子多中心键晶体。

进一步地，如上所述少电子多中心键晶体的设计方法，候选晶体的结构式为A_xB_y，其中A为Sn、Pb、Sb、Bi中的任意一种，B为Se或Te，化学计量比x、y取决于候选晶体的相结构。