Представьте себе ученого-материаловеда, ищущего новый материал с определенными оптическими или электронными свойствами. Традиционно это включало бы в себя изучение тысяч научных статей или проведение обширных лабораторных экспериментов. Но что, если бы существовала всеобъемлющая база данных, предоставляющая проверенные вычислительные данные о материалах, включая кристаллические структуры, электронные свойства и оптические характеристики? Materials Project - это именно такая платформа, предлагающая исследователям мощный инструмент для ускорения открытий. Эта статья углубляется в тематическое исследование из базы данных: орторомбический хлорид бария (BaCl₂).
BaCl₂: Универсальное химическое соединение
Хлорид бария (BaCl₂) - широко используемое химическое соединение как в лабораторных, так и в промышленных условиях. Он выглядит как бесцветные кристаллы, хорошо растворяется в воде и обладает умеренной токсичностью. В материаловедении BaCl₂ служит прекурсором для синтеза других соединений на основе бария. Его уникальная кристаллическая структура и оптические свойства также делают его предметом собственного исследовательского интереса.
BaCl₂ в базе данных Materials Project
База данных Materials Project (идентификатор записи: mp-23199) предоставляет подробные вычислительные данные о BaCl₂, включая его кристаллическую структуру, электронные свойства и оптическое поведение. Ниже мы анализируем ключевые особенности этой записи.
1. Кристаллическая структура
При стандартных условиях BaCl₂ принимает орторомбическую кристаллическую структуру с пространственной группой Pnma (62). Эта структура имеет три взаимно перпендикулярные оси (a, b, c) и определенные операции симметрии. Параметры элементарной ячейки:
- a = 4.77 Å
- b = 7.92 Å
- c = 9.52 Å
- Углы (α, β, γ) = 90°
- Объем = 359.81 ų
База данных также предоставляет дробные координаты для атомов внутри элементарной ячейки:
Барий (Ba):
4c положение Викоффа в (¼, 0.248672, 0.882972)
Хлор (Cl):
Два 4c положения в (¼, 0.028387, 0.170834) и (¾, 0.356327, 0.070447)
Положения Викоффа обозначают симметрично эквивалентные атомные сайты. Координаты описывают относительное положение каждого атома внутри элементарной ячейки - например, барий находится на одной четверти длины оси a.
2. Кристаллографические детали
- Кристаллическая система: Орторомбическая
- Символ пространственной группы: Pnma
- Точечная группа: mmm
- Плотность: 3.84 г/см³
- Степени окисления: Ba²⁺, Cl⁻
3. Координационное окружение
Ионы бария в BaCl₂ координированы девятью атомами хлора, образуя трехгранную призму с квадратными гранями (геометрия TPRS-9). Мера непрерывной симметрии (CSM) 1.123 указывает на тесное соответствие идеальному многограннику.
4. Электронные и оптические свойства
- Зонная структура: Визуализации показывают распределение энергии электронов, информируя о проводимости и поглощении света.
- Ширина запрещенной зоны: Рассчитанная GGA ширина запрещенной зоны определяет энергетический порог для электронных переходов, влияя на диапазоны оптического поглощения.
- Оптические метрики: Коэффициенты поглощения, диэлектрические функции и данные отражения предсказывают взаимодействие с электромагнитным излучением.
5. Транспортные свойства
Эффективные массы электронов и дырок количественно оценивают подвижность носителей заряда, причем более низкие значения указывают на лучшую проводимость.
6. Дополнительные метрики
- Энергия выше выпуклой оболочки (синтетическая стабильность)
- Предсказанная температура плавления
- Статус синтеза (экспериментально подтвержден или предсказан)
Ценность Materials Project
Эта платформа расширяет возможности исследователей за счет:
- Ускорения поиска материалов через централизованные данные
- Включения прогнозирования свойств для руководства экспериментами
- Содействия открытию новых материалов посредством вычислительного скрининга
Заключение
Materials Project иллюстрирует, как вычислительное материаловедение может преобразовать рабочие процессы исследований. Анализируя структурные и электронные профили BaCl₂, ученые получают знания, которые в противном случае потребовали бы обширных экспериментов. Этот тематический пример подчеркивает роль базы данных в продвижении инноваций в области материалов.