[发明专利]一种晶体电子密度分布模型的评价方法及其应用

说明书

本发明提供了一种晶体电子密度分布模型的评价方法及其应用。所述评价方法包括：S1.计算待测晶体的正确电子密度分布模型在经历第一微扰后的结构振幅值，所述第一微扰使得所述待测晶体中各原子的正确电子密度分布模型在经历微扰后在晶胞内的加和与其对应的原子的核外电子数目相同；S2.计算待测晶体的当前电子密度分布模型在经历微扰后的结构振幅值，所述微扰使当前电子密度分布模型中的低密度区发生改变；S3.比较S2中结构振幅值与S1中结构振幅值，以评价当前电子密度分布模型。本发明的评价方法可以用于晶体结构分析。在较低数据分辨率条件下，传统的评价方法已经失效，而本发明提供的评价方法依然有效。

技术领域

本发明涉及晶体结构分析技术领域，更具体地，涉及一种晶体电子密度分布模型的评价方法及其应用。

背景技术

物质的物理、化学性质取决于其微观结构，因此，获取物质的结构信息对于理解物质的物理、化学性质极为重要。目前X射线衍射技术是测定晶态物质结构最重要、最权威的方法，也是应用最广泛的方法。也正是由于100多年前X射线衍射技术的出现，使人们对物质结构的认识深入到了原子层次，从而深刻改变了物理、化学、材料、生命科学等学科领域的面貌，极大地推动了技术进步，进而深刻改变了人类生活的面貌。X射线衍射技术的基本原理是入射到晶体中的X射线会被晶体中周期性分布的电子密度所衍射，而且晶体中的电子密度分布就是晶体结构因子的逆傅里叶变换。晶体中电子密度分布就代表了晶体的结构信息，因此只要通过X射线衍射技术测量出晶体的结构因子，就可以方便地获得晶体结构信息。非常遗憾的是，X射线衍射技术通常只能获得衍射强度信息，从衍射强度信息可以获得晶体结构因子的模值(通常被称为结构振幅)，但无法获得晶体结构因子的相位信息，这就是X射线晶体学中著名的“相位问题”。

迄今人们已经发展出了多种推引结构因子相位的理论和实验方法，但目前这些方法都各有其局限性。例如曾经荣获诺贝尔奖的“直接法”，仅适用于晶胞中含有独立原子个数较少(通常低于1000)的情况，而且要求衍射数据的分辨率为原子级(约为0.1纳米)。即使在最有利的条件下，各种推引相位的方法给出的通常也只是推荐的尝试相位，与正确相位仍然存在着较大的差距。将这些尝试相位与实验测量得到的衍射振幅相结合，就可以构建晶体中电子密度分布的模型。但这样获得的电子密度分布模型是否正确(即与晶体中的实际电子密度分布相符合)还需要做进一步的分析判断。在衍射数据分辨率高而且电子密度分布模型正确或接近正确的情况下，可以根据电子密度分布模型构建出原子级结构模型，然后利用原子级结构模型计算出晶体的结构振幅，如果计算出的结构振幅与实验观测的结构振幅相一致，则认为结构模型正确。

在这种情况下，结构模型与实际相符合的程度通常用下述指标加以评价：

其中，∑_h表示对所有观察到的衍射振幅加和，|F_obs|和|F_cal|分别表示实验测量到的衍射振幅和由结构模型计算出的衍射振幅。RES(通常被称为残差因子)不能应用于无法构建出原子级结构模型的情况。在2004年，Oszlányi和在提出电荷翻转法解析晶体结构的同时，提出了一个R因子，用来评价一个当前的电子密度分布模型的优劣。

R因子的定义如下：