تخيل أنك عالم مواد يبحث عن مادة جديدة بخصائص بصرية أو إلكترونية محددة. تقليدياً، يتضمن هذا الأمر تصفح آلاف الأوراق البحثية أو إجراء تجارب معملية مكثفة. ولكن ماذا لو كانت هناك قاعدة بيانات شاملة توفر بيانات حسابية تم التحقق منها حول المواد - بما في ذلك الهياكل البلورية والخصائص الإلكترونية والخصائص البصرية؟ مشروع المواد هو بالضبط مثل هذه المنصة، حيث يوفر للباحثين أداة قوية لتسريع الاكتشاف. تتعمق هذه المقالة في دراسة حالة من قاعدة البيانات: كلوريد الباريوم الأورثورومبي (BaCl₂).
BaCl₂: مركب كيميائي متعدد الاستخدامات
كلوريد الباريوم (BaCl₂) هو مركب كيميائي يستخدم على نطاق واسع في كل من المختبرات والإعدادات الصناعية. يظهر على شكل بلورات عديمة اللون، وهو قابل للذوبان بدرجة عالية في الماء، ويظهر سمية معتدلة. في علم المواد، يعمل BaCl₂ كمقدمة لتخليق مركبات أخرى تعتمد على الباريوم. كما أن هيكله البلوري الفريد وخصائصه البصرية تجعله موضوعًا للاهتمام البحثي الجوهري.
BaCl₂ في قاعدة بيانات مشروع المواد
توفر قاعدة بيانات مشروع المواد (معرف الإدخال: mp-23199) بيانات حسابية مفصلة حول BaCl₂، بما في ذلك هيكله البلوري وخصائصه الإلكترونية وسلوكه البصري. أدناه، نقوم بتحليل الميزات الرئيسية من هذا الإدخال.
1. البنية البلورية
في الظروف القياسية، يعتمد BaCl₂ على بنية بلورية أورثورومبية مع مجموعة الفضاءPnma(62). تتميز هذه البنية بثلاثة محاور متعامدة مع بعضها البعض (a، b، c) وعمليات تناظر محددة. معلمات الخلية الوحدة هي:
- a= 4.77 Å
- b= 7.92 Å
- c= 9.52 Å
- الزوايا (α، β، γ) = 90°
- الحجم = 359.81 ų
توفر قاعدة البيانات أيضًا إحداثيات كسرية للذرات داخل الخلية الوحدة:
الباريوم (Ba):موضع 4c Wyckoff عند (¼، 0.248672، 0.882972)
الكلور (Cl):موضعان 4c عند (¼، 0.028387، 0.170834) و (¾، 0.356327، 0.070447)
تشير مواضع Wyckoff إلى مواقع ذرية متكافئة التناظر. تصف الإحداثيات موقع كل ذرة بالنسبة داخل الخلية الوحدة - على سبيل المثال، يقع الباريوم على ربع طول المحور أ.
2. تفاصيل البلورات
- النظام البلوري: أورثورومبي
- رمز مجموعة الفضاء:Pnma
- مجموعة النقاط:mmm
- الكثافة: 3.84 جم/سم³
- حالات الأكسدة: Ba²⁺، Cl⁻
3. بيئة التنسيق
تتنسق أيونات الباريوم في BaCl₂ بتسعة ذرات كلور، وتشكل موشورًا ثلاثيًا مربع الوجه (هندسة TPRS-9). يشير مقياس التناظر المستمر (CSM) البالغ 1.123 إلى محاذاة وثيقة مع متعدد السطوح المثالي.
4. الخصائص الإلكترونية والبصرية
- بنية النطاق:تعرض التصورات توزيعات طاقة الإلكترون، مما يخبر الموصلية وامتصاص الضوء.
- فجوة النطاق:تحدد فجوة النطاق المحسوبة بواسطة GGA عتبة الطاقة للانتقالات الإلكترونية، مما يؤثر على نطاقات الامتصاص البصري.
- المقاييس البصرية:تتوقع معاملات الامتصاص والدوال الكهربائية والانعكاسية التفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي.
5. خصائص النقل
تحدد الكتل الفعالة للإلكترونات والثقوب حركة حاملات الشحنة، مع قيم أقل تشير إلى موصلية أفضل.
6. مقاييس إضافية
- الطاقة فوق الغلاف المحدب (الاستقرار الاصطناعي)
- نقطة الانصهار المتوقعة
- حالة التوليف (تم التحقق منها تجريبيًا أو متوقعة)
قيمة مشروع المواد
تمكن هذه المنصة الباحثين من خلال:
- تسريع عمليات البحث عن المواد من خلال البيانات المركزية
- تمكين توقعات الخصائص لتوجيه التجارب
- تسهيل اكتشاف مواد جديدة عن طريق الفحص الحسابي
الخلاصة
يوضح مشروع المواد كيف يمكن لعلوم المواد الحاسوبية أن تحول سير عمل البحث. من خلال تحليل الملفات الهيكلية والإلكترونية لـ BaCl₂، يكتسب العلماء رؤى تتطلب خلاف ذلك تجارب مكثفة. تؤكد دراسة الحالة هذه على دور قاعدة البيانات في تطوير الابتكار في مجال المواد.