Accurate thermochemistry of covalent and ionic solids from spin-component-scaled MP2
我们研究了自旋分量标度的二阶Møller-Plesset微扰理论（SCS-MP2）的性能，用于预测12个简单的三维共价和离子半导体和绝缘体的晶格常数，体积模量和结合能。我们发现，SCS-MP2和更简单的缩放反旋MP2（SOS-MP2）产生的预测是显着改善了已经很好的性能MP2。具体地，当与具有零点振动校正的实验值相比时，SCS-MP2（SOS-MP2）产生晶格常数的0.015（0.017）μ m的平均绝对误差、体积模量的3.8（3.7）GPa和内聚能的0.06（0.08）eV，其比领先密度泛函的平均绝对误差小约两倍或更多。我们考虑重新参数化的自旋标度参数，并发现这些固体的最佳参数是非常相似的那些已经在分子量子化学中常用的，这表明良好的可转移性和可靠的未来应用到绝缘体上的表面化学。
2022-08-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Reply to comment on ``Electronic structure and structural stability study of Li$_3$AlH$_6$''
在Li $_3$ AlH $_6$中的键合的性质已被重新检查与额外的分析使用密度泛函计算。从偏态密度、电荷密度分布、电荷转移、电子局域化函数、晶体轨道Hamilton布居和Mulliken布居分析，得出Li $_3$ AlH $_6$中Li与AlHPDMATHABMN之间的相互作用是离子型的结论。基于电荷密度分布、电子局域化函数和态密度分析，我们先前提出Al和H之间的相互作用主要是共价型的。然而，额外的分析表明，在AlH $_6$结构亚基中Al和H之间的相互作用具有混合的共价离子（离子-共价）特征。
2004-09-15 cond-mat.mtrl-sci
A New Model of Chemical Bonding in Ionic Melts
我们开发了一个新的物理模型来预测无机熔融体系的宏观性质，使用原子间相互作用的现实描述。与传统方法不同，传统方法往往会高估粘度几倍，我们的系统由一组离子和中性原子的混合物组成。中性原子子系统是在液相中发生的共价/离子态还原的结果。计算的宏观性质（剪切粘度和自扩散常数）与实验的比较表明，我们的模型具有良好的性能。所提出的方法是由一个显着程度的碱金属和氯原子之间的共价相互作用的启发，预测的耦合簇理论。
2012-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
High-pressure form of elemental boron is covalent
Oganov等人报告了发现了硼的离子高压/迄今未知的相。我们表明，这个阶段已经知道自1965年以来，它是一种共价材料。
2009-07-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ab-initio study of different structures of CaC: Magnetism, Bonding, and Lattice Dynamics
在从头计算赝势的基础上，我们研究了CaC离子化合物在岩盐（RS）、B2、锌钛矿（ZB）、纤锌矿（WZ）、NiAs（NA）、反NiAs（NA*）和CrB（B33）结构中的结构、磁性、动力学和力学性质.有人认为，ZB，WZ，NA和RS结构是更离子化的，而NA*，B2和B33结构是更共价的系统。因此，在能量上优选的体系是B33-CaC，而更离子化的结构优选具有高费米能级自旋极化的铁磁基态。在多离子体系中观察到的铁磁性归因于体系中碳原子尖锐的部分填充$p$态。在密度泛函微扰理论的框架下，计算了这些系统的声子谱，并从碳原子间的共价键解释了所观察到的NA* 和B2结构的动力学不稳定性。计算的亥姆霍兹和焓自由能表明在宽的温度和压力范围内的B33结构的最高稳定性。在这些铁磁结构中，RS-CaC和ZB-CaC分别被报道为在各种热力学条件下最具亚稳性和最不具亚稳性的体系。由声子谱确定了CaC动态稳定结构的若干力学性质。
2018-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Comment on Structural Stability and Electronic Structure for Li$_3$AlH$_6$
电子结构的密度泛函计算用于阐明Li $_3$ AlH $_6$的成键。发现该材料最好描述为离子型，特别是[AlH $_6$ ] $^{3-}$单元不能合理地视为基本上共价的。
2004-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Electronic band structure and inter-atomic bonding in layered 1111-like Th-based pnictide oxides ThCuPO, ThCuAsO, ThAgPO, and ThAgAsO from first principles calculations
采用第一性原理FLAPW-GGA能带结构计算方法研究了四种类ZrCuSiAs Th基四元磷属元素氧化物ThCuPO、ThCuAsO、ThAgPO和ThAgAsO的结构、电子性质和化学键图像.这些化合物被发现是半金属，可以被视为超导和半导体1111相的两个主要同构群之间的“中间”系统。Th 5 f态积极参与价带的形成，而ThMPnO相的Th 5 f态是流动的且部分被占据。我们还发现，在ThMPnO相的键合图片可以被归类为一个高度各向异性的混合物的离子和共价的贡献：内[Th 2 O2]和[M2 Pn 2]块，混合的共价离子键发生，而相邻的[Th 2 O2]/[M2 Pn 2]块之间，离子键出现由于[Th 2 O2] \to [M2 Pn 2]电荷转移。
2011-04-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Bonding in MgSi and AlMgSi Compounds Relevant to AlMgSi Alloys
用（L）APW+（lo）DFT方法研究了AlMgSi合金中MgSi和AlMgSi化合物的成键和稳定性。我们发现，$β$和$β''$相中发现的沉淀序列的特点是通过存在的共价键之间的硅-硅最近邻对和共价/离子键之间的镁-硅最近邻对。然后，我们研究了两个最近发现的沉淀相，U1和U2，除了Mg和Si都含有Al的稳定性。我们表明，这两个阶段的特点是紧密结合的铝硅网络，使可能通过从镁原子的电荷转移。
2003-02-03 cond-mat.mtrl-sci
How chiral vibrations drive molecular rotation
本文分析了具有 D3 和 D6 对称性的平面分子模型，证明其手性分子轨道与简正模可通过圆偏振光激发，进而诱导整个分子发生旋转运动。
2025-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Type and Degree of Covalence: Empirical Derivation and Implications
原子相互连接的方式定义了功能，例如，机械的，光学的，电子的，给定材料的。因此，化学键的性质是材料中最基本的问题之一。离子相互作用，即，由与原子相关的电荷产生，以及共价电荷，即，不同原子的原子核之间共享电子，通常被看作是原子之间相互吸引以形成刚性结构的力。虽然在固体材料中不太常见，但理论上表明，在半导体的化学活性电子壳层（或价带最大值）处的共价相互作用可以逆转其更常见的性质并变得排斥，即，反对结合。一些具有这种预测的反键价带最大能级的半导体（如卤化物钙钛矿）在实验上显示出一些惊人的（光）电子特性。预测反键特性可以允许容忍现有的缺陷，至少部分地，可以解释这种半导体的优越性能。虽然有已知的实验方法来估计共价性质的程度（例如，电负性），这对于该类型迄今为止是不可能的，即，区分材料是否表现出成键或反键共价相互作用。我们已经开发出一种简单的方法来揭示化学键的完整性质（类型和程度），使用实验数据。在用经典模型和理论预测证实了我们的发展之后，用一组~40种不同的功能半导体，我们展示了共价键的完整性质的知识对于半导体的基本性质是多么的重要。
2019-07-09 cond-mat.mtrl-sci
One-Dimensional Ionic-Bonded Structures in NiSe Nanowire
本研究在NiSe纳米线中发现由三角形和平行四边形单元构成的一维离子键合结构，并结合电镜与DFT揭示其相转变及非范德华键合机制。
2024-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Thermal Transport across the Interface between Charged Graphene Electrodes and Poly(ethylene oxide) Electrolytes by Non-covalent Functionalization
电极和聚合物电解质之间的界面热传递在固态锂离子电池（SLIB）的热管理中起着至关重要的作用。用功能分子修饰电极表面可以有效地增加电极和聚合物（例如，电解质、隔膜）;然而，它们如何影响充电/放电期间SLIB中的界面热传递仍然未知。在这项工作中，我们进行分子动力学（MD）模拟研究之间的ITC充电电极和固态聚合物电解质（SPE）与离子液体（IL）混合。我们发现，离子液体可以自组装在电极表面，并作为非共价功能分子，可以显着提高充电/放电过程中的界面热传输，因为在界面处形成一个密集的阳离子或阴离子层。虽然带电电极和离子液体离子之间的静电相互作用是形成这些致密界面层的原因，但ITC的增强主要是由带电电极和离子液体之间增加的Lennard-Jones（LJ）相互作用贡献的。这项工作可能会提供有益的见解，了解在充电/放电过程中的SLIBs的电极和电解质之间的界面热传输。
2021-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the structural, elastic, and electronic properties of the cubic perovskite BaHfO$_3$
采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法和广义梯度近似下的Perdew-Burke-Ernzerhof交换关联泛函（GGA-RPBE），对立方钙钛矿型BaHfO $_3$的结构、弹性和电子性质进行了第一性原理研究.计算的平衡晶格常数与文献报道的实验和理论数据符合得很好。独立弹性常数（\emph{C} $_{11}$、\emph{C} $_{12}$和\emph{C} $_{44}$）、体积模量\emph{B}及其压力导数$B^{\prime}$、压缩性$β$、剪切模量\emph{G}、杨氏模量\emph{Y}、泊松比$ν$，Lamé常数（$μ, λ$）的BaHfOPDMATHABMM晶体和多晶的理论和实验数据进行了比较，并进行了分析.能带结构计算表明，BaHfOPDMATHABMM是一种间接带隙材料（R-$Γ$ = 3.11eV），它基本上是由占据的O2 \emph{p}和未占据的Hf 5 \emph{d}态形成的，它仍有待实验证实.态密度（总态密度、位投影态密度和\emph{l}分解态密度）和成键电荷密度的计算表明，BaHfO $_3$中Hf和O原子之间存在共价键，Ba原子和HfO $_3$离子基团之间存在离子键.计算结果表明，由于过渡金属Hf 5 \emph{d}和O2 \emph{p}态之间存在共价键，BaHfO $_3$有望成为超硬材料合成和设计的候选材料.
2008-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and magnetic properties of the ionic Hubbard model on the striped triangular lattice at 3/4 filling
我们报告了一个模型的哈密顿量，表现出丰富的相互作用的几何自旋挫折，强电子相关性，和电荷订购的详细研究。绝缘相的特性取决于Delta/ |t|的大小和t的符号。我们发现Delta >> U >> |t|是莫特绝缘体，U >> Δ>> |t|是电荷转移绝缘体，U >> Δ~ |t|是相关的共价绝缘体.利用强耦合展开研究了电荷转移绝缘态。三角晶格的阻挫可以导致反铁磁性或铁磁性，这取决于跳跃矩阵元素t的符号。我们确定了“环”的交换过程中，周围的三角形plaquette决定的磁相互作用的迹象。精确的对角化计算进行了广泛的参数范围内的模型和强耦合扩展。状态U >> Δ~ |t|和t<0与Na 〇 5Co 〇 2相关。计算的光学电导率和光谱密度进行了讨论，在最近的实验Na 05 CoO 2。
2009-04-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Understanding and Designing Phase Change Materials: Insights from Atom Probe Tomography
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Peter-Grünberg-Institute – JARA-Institute Energy Efficient Information Technology (PGI-10)（彼得·格林伯格研究所 - JARA能源高效信息技术研究所）
本文基于原子探针层析技术（APT）的进展，明确晶态相变材料（PCMs）采用金属价键（MVB）键合机制，非晶态为共价键，利用量子化学键合图谱可指导PCMs的设计与特性趋势解释。
2026-08-05 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigations of electronic, magnetic and bonding peculiarities of uranium nitride-fluoride UNF
基于密度泛函理论的几何优化和磁结构研究，与UO 2等电子的独特的铀氮氟化物UNF，显示出独特的差异化的物理性质。这种对氧化物的特异性与混合的阴离子亚晶格和层状的四元结构有关，其特征在于由离子型[F2]2-酮夹层的共价型[U2 N2]2+基序，并在本文中用电子定位函数图进行了说明。特别是离子共价化学图像显示，基于重叠布居分析，较强的U-N键合相对于N-F和d（U-N）< d（U-F）距离。基于LDA+U计算，基态磁性结构是绝缘反铁磁体，每个磁性子单元具有2个玻尔磁子磁化强度和~2 eV带隙。
2017-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Trends in structural, electronic properties, Fermi surface topology, and inter-atomic bonding in the series of ternary layered dichalcogenides KNi2S2, KNi2Se2, and KNi2Te2 from first principles calculations
利用FLAPW-GGA方法，我们系统地研究了四硫属二硫化物KNi_2CH_2（CH = S，Se，Te）的结构和电子性质.结果表明，硫族元素（S -> Se -> Te）的置换导致晶体结构的各向异性变形，这与[Ni_2Ch_2]块内原子间键的强各向异性有关，在[Ni_2Ch_2]块内形成共价-离子-金属混合键，而在相邻的[Ni_2Ch_2]块和K原子片之间形成离子键.我们发现在KNi_2S_2-> KNi_2Se_2-> KNi_2 Te_2的顺序中（i）整个能带结构（其中近费米价带主要由Ni态产生）的能级保持不变，但公共价带的宽度、分立子带和带隙的宽度减小;（iii）对于费米面，当类二维片形成项链状拓扑结构且封闭口袋的体积减小时，类孔片表现出最明显的变化.讨论了ThCr_2Si_2型层状二硫属化合物KNi_2Ch_2、KFe_2Ch_2、KCo_2Se_2的结构和电子参数的变化趋势。
2013-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Drastic changes of electronic structure and crystal chemistry upon oxidation of SnII2TiO4E2 into SnIV2TiO6: an ab initio study
从基于DFT的计算建立的能量-体积状态方程和电子局域化映射，电子结构和晶体化学的变化，从Sn 2 TiO 4到Sn 2 TiO 6的氧化是合理的，关键的影响是不稳定的二价锡II对四价状态SnIV导致金红石型Sn 2 TiO 6的实验观察。随后的电子结构变化突出显示在电子带隙的相对变化中，其从约1 eV增加到2.2eV，并且体积模量增加1.5倍，这归因于从共价SnII基化合物到更离子化的SnIV基化合物的变化。这种趋势也面临着黑色SnIIO的相关性能，其特征在于非常小的带隙。
2016-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Optimizing thermoelectric performances of low-temperature SnSe compounds by electronic structure design
最近报道了SnSe化合物在923 K下具有2.62的峰值热电优值系数（ZT），但是在低于750 K的温度下的ZT值相对较低。本文采用密度泛函理论计算了SnSe的电子结构，并研究了不同化学势下SnSe的电输运和热输运性质（或载流子密度）的计算结果表明，在675 K以下沿a_（10）和c轴的ZT值与文献报道的值一致，但是通过将载流子浓度优化到~3.6 × 1019 cm-3，沿b轴的方向的电流密度可以高达2.57。结果表明，在价带附近存在的离子-共价混合键和重-轻带重叠是其热电性能较高的原因
2015-04-08 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles study of the electronic structure and stability of Be(BH4)2
铝酸盐和硼酸盐作为贮氢材料具有潜在的应用前景，因此受到广泛的研究。在本文中，我们提出了第一性原理研究的电子结构和能量的铍硼化物，Be（BH 4）2。从总能量的计算，我们表明，-在对比其他硼酸盐和铝酸盐-氢解吸直接的元素是可能的，并且至少是有竞争力的解吸元素氢化物（BeH 2）。Be（BH_4）_2的生成焓仅为-0.12eV/H_2（T= 0 K）。与在其他硼酸盐中观察到的离子键相反，该低值可以通过所有原子参与共价键合来合理化。从有限温度下的热力学性质的计算，我们估计在1巴的压力下的分解温度为162 K。
2007-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Relationship between Electronic and Geometric Structures of the O/Cu(001) System
采用基于第一性原理的局域自洽实空间多重散射方法计算了$(2\sqrt{2}\times\sqrt{2})R45^{\circ}$ O/Cu（001）体系的电子结构.氧原子被发现扰动差分的长程马德隆电位，因此在邻近的铜网站的本地电子子带。结果，氧电子态与其邻居的电子态的杂化导致不同的离子和共价混合物的键合。与c（2 × 2）覆盖层的结果比较表明，c（2 × 2）覆盖层的微扰比$(2\sqrt{2}\times\sqrt{2})R45^{\circ}$相的微扰更强，库仑晶格能也更高。因此，在Cu（001）上形成0.5ML氧表面结构的主要驱动力是长程库仑相互作用，该相互作用还控制系统中的电荷转移和化学结合。
2002-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of LaFe1-xCoxAsO from first principle calculations
基于第一性原理计算，我们研究了新型超导体LaFe_（1-x）Co_xAsO及其母体化合物ZrCuSiAs的几何结构、束缚性质、态密度和能带结构. Bader电荷分析表明，La-O键和TM-As（TM=Fe或Co）键都是强共价键，而LaO和TMA层之间几乎是离子相互作用。部分取代铁与钴修改费米能级从一个陡峭的边缘到一个平坦的斜坡，这解释了为什么在这个系统中Co掺杂抑制自旋密度波（SDW）的转变。
2008-08-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Electronic Structure of the c(2x2)O/Cu(001) System
用局域自洽实空间多重散射方法计算了c（2 × 2）O/Cu（001）体系的电子结构和化学键，计算结果与氧原子在四重空位上的高度$d_{O-Cu1}$有关.结果发现，氧和铜之间的化学结合具有混合的离子-共价字符的所有合理的值的$d_{O-Cu1}$。此外，从Cu到O的电子电荷转移强烈地依赖于$d_{O-Cu1}$，并被追踪到电位的长程静电部分的变化。当氧原子接近Cu（001）表面时，Cu 1- $d_{xz}$与O- $p_x,p_y$和Cu 1- $d_{x^2-y^2}$与O- $p_z$态的杂化之间的竞争控制电子结构的改变。氧价电子电荷密度的各向异性被发现是强烈和非单调依赖于$d_{O-Cu1}$。
2001-11-08 cond-mat.mtrl-sci
The Stability of Rutile Oxides for Oxygen Evolution Catalysis: From Mechanistic Understanding to New Descriptors
本研究通过计算分析金红石型IrO₂与RuO₂的金属-氧键强度，揭示二者稳定性差异的电子起源，利用晶体轨道衍生的电子描述符区分键的共价与离子贡献，为氧析出催化的稳定性研究提供新视角。
2026-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and Fermi surface character of LaONiP from first principles
基于第一性原理计算，我们研究了ZrCuSiAs结构的LaNiPO超导体的电子结构.详细给出了态密度、能带结构和费米面。我们的研究结果表明，La-O和Ni-P之间的结合是强共价键，而LaO和NiP块之间的结合性质主要是离子。同时还发现在费米能级上有四个带，对应的费米面都具有二维特征。此外，我们还给出了带分解电荷密度，这表明费米面的轨道成分比铜氧化物超导体复杂。
2008-05-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Resonant photoemission at the absorption edge of Mn and Ti and electronic structure of 1T-Mn$_{0.2}$TiSe$_2$
首次研究了1 T-Mn $_2$ TiSe $_2$单晶中Ti和Mn在2 p $_{3/2}$芯能级附近激发的共振价带X射线光电子能谱（ResPES）、2 p X射线光电子能谱（XPS）和L $_{3,2}$ X射线吸收谱（XAS）。Mn原子与相邻Se原子在八面体配位中形成的键的离子-共价特征被建立。通过XPS和XAS测量结果与Ti和Mn的原子多重态计算结果的比较，发现Ti原子处于4+离子态，Mn原子处于2+离子态。在Mn $_{0.2}$ TiSe $_2$的共振谱中，在Ti 2 p $_{3/2}$和Mn 2 p $_{3/2}$吸收边附近激发，观察到结合能刚好低于费米能级的Ti 3d和Mn 3d带。根据能带结构计算E $(\textbf{k})$，Ti 3d态局域在$\mathsfΓ$点附近，Mn 3d态局域在晶体的布里渊区中沿K- $\mathsfΓ$ -M方向。
2011-11-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First-principles Structural and Electronic Characterization of Ordered SiO2 Nanowires
利用密度泛函理论和分子动力学模拟对SiO2纳米线的结构进行了优化。起始结构基于b-方石英、正鳞石英、b-鳞石英和金红石晶体。的电子结构的分析已被验证的多体微扰计算使用G 0 W 0和GW + Bethe-Salpeter方程近似，以考虑准粒子和激子效应。计算表明，这些纳米线中的许多具有半导体特性，而相应的块状固体是绝缘体。在厚的金红石状纳米线的情况下，我们发现与表面状态的间隙拥挤。电子电荷从硅原子转移到氧原子，纳米线中的键合部分是离子键，部分是共价键。可以通过改变纳米线的结构和厚度来设计带隙的大小。
2012-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Elastic properties and inter-atomic bonding in new superconductor KFe2Se2 from first principles calculations
最近（2010年11月，PRB，82，180520 R）发现了第一个TC ~ 31 K增强的类122三元超导体KxFe 2Se 2。这一发现激发了许多寻找相关材料的活动，并引发了对其性质的深入研究。事实上，在2010-2011年，在一系列新合成的122相中也发现了超导性（TC ~ 27- 33 K），例如CsxFe 2Se 2、RbxFe 2Se 2、（TlK）xFeySe 2等，这些相今天已经形成了没有有毒As的超导铁基材料的新家族。在这里，使用从头算FLAPW-GGA方法，我们第一次预测的弹性性能KFe_2Se_2和讨论它们的相互作用与原子间的键为这个系统。我们的数据表明，所研究的相是相对较软的材料。此外，该系统是机械稳定的，采用相当大的弹性各向异性，并表现出脆性。这些结论与KFe 2Se 2的键合图像一致，其中原子间键合是高度各向异性的，包括离子、共价和金属贡献。
2011-02-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
The Structure, Dynamics and Electronic Structure of Liquid Ag-Se Alloys Investigated by Ab Initio Simulation
采用从头算分子动力学模拟方法研究了Ag（1-x）Se（x）液态合金在1350 K和x=0.33，0.42和0.65时的结构、动力学和电子性质.计算是基于局域密度近似下的密度泛函理论和赝势平面波方法。模拟的可靠性证实了最近的中子衍射结果的部分结构因子和径向分布函数（RDF）的化学计量液体Ag 2Se的详细比较。模拟结果表明，随着硒含量的增加，硒-硒RDF的急剧变化。这种变化是由于形成的硒簇结合的共价键，硒硒键长几乎相同的纯c-Se和l-Se。簇主要是链状的，但对于更高的x的3倍协调Se原子的大部分也found. It示出的Se作为孤立的原子和在集群中存在的平衡分数可以理解上一个简单的电荷平衡模型的基础上的离子的解释。Ag和Se的扩散系数都随着Se含量的增加而增加，尽管Se聚集。硒硒键动力学的分析揭示了令人惊讶的短键寿命小于1 ps。态密度随组成的变化直接来自Se-Se共价键的形成。对于l-Ag_2Se，用Kubo-Greenwood近似得到的电子电导率结果与实验结果符合得很好，但对于高Se含量的样品则不符合。可能的原因进行了讨论。
1996-02-07 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
