[发明专利]一种用于电子结构分析的波函数模型方法

说明书

本发明属于材料细分领域，尤其是一种用于电子结构分析的波函数模型方法，步骤包括：建立参数Psupgt;n/supgt;的电子波函数模型，计算出每个衍射点的理论结构因子；通过X射线单晶衍射实验，获得每个衍射点的实验强度，计算出实验结构因子；步骤三：建立理论结构因子与实验结构因子的差值函数；步骤四：采用最小二乘法计算出差值函数的最小值，获得最优模型的参数Psupgt;n/supgt;，最后通过本发明得到材料分析领域精修后的电子结构；后续依据该电子结构进行拓扑分析和材料设计更加精准。

技术领域

本发明涉及材料分析技术领域，尤其涉及一种用于电子结构分析的波函数模型方法。

背景技术

材料科学是现代科学技术的基础和先导，对材料结构及材料构造关系的认知水平直接决定了新材料的研发能力。

材料的微观结构包括晶体结构、局域结构、和缺陷结构等原子层次的结构以及电子结构，其中电子结构从根本上决定了材料的本征性能。目前，材料原子层次结构的实验测试技术已经发展得非常成熟，但电子结构实验测试一直处在探索阶段，尽管电子结构可由第一性理论计算获得，但理论计算采用假设近似多，计算结果与实际情况有偏差，难以指导高性能材料的设计。

因而，如何获得材料的实验电子结构是一个关键科学问题。该问题的解决有助于实现我国材料结构的实验研究从原子层次到电子层次的跨越，并加速一批国防和民用关键功能材料的研发进程。

图1为现有技术利用X射线的实验结构图，X射线入射在待测晶体上，X射线通过该待测晶体后进行衍射，可以通过获取高精度、高分辨率的X-ray单晶衍射数据(位置与强度信息)，并进行电子结构精修，反推出材料的实验电子结构是可行的，最终可获得静态和使役条件下材料的实验电子结构，电子结构可使用电子密度、密度矩阵或电子波函数来描述。

发明内容

本发明提出的一种用于电子结构分析的波函数模型方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种通过电子波函数模型获取材料的电子结构的方法，包括：步骤一：建立参数Pⁿ的电子波函数模型，计算出每个衍射点的理论结构因子；步骤二：通过X射线单晶衍射实验，获得每个衍射点的实验强度，计算出实验结构因子；步骤三：建立理论结构因子与实验结构因子的差值函数；步骤四：采用最小二乘法计算出差值函数中的最小值，获得最优模型的参数Pⁿ。

其中，优选方案为：步骤一中，建立参数化的电子波函数模型Ψ:φ_i(r)为第i个基函数(i＝1,2,3,…,m；m为基函数个数)，r为电子的坐标；为第i个基函数的系数，是需要精修获得的参数；根据波函数计算电子密度ρ(r)＝Ψ²，再通过傅里叶变换计算出每个衍射点的理论结构因子

其中，优选方案为：步骤二中，通过X射线单晶衍射实验，获得每个衍射点的实验强度I_实验值，根据衍射点强度计算出实验的结构因子根据波函数ψ计算出能量E(Pⁿ)＝ψ|H|ψ，其中H为已知的哈密顿量。

其中，优选方案为：步骤三中，定义波函数模型理论值与实验值之差的差值函数为：

其中为衍射点k的实验结构因子，N_r是实验数据的个数，m是参数Pⁿ的个数，σ^k是实验数据的误差值，是从波函数ψ计算得到的理论结构因子。

其中，优选方案为：差值函数为：其中^λ为权重因子。

其中，优选方案为：差值函数：同时满足E(Pⁿ)能量最小、最小。

其中，优选方案为：采用最小二乘法计算出差值函数：中的L(Pⁿ)的最小值获得最优的模型参数Pⁿ。