Topologically Invariant Double Dirac States in Bismuth based Perovskites: Consequence of Ambivalent Charge States and Covalent Bonding
体和表面电子结构，使用密度泛函理论和紧束缚模型哈密顿计算，揭示了存在两个拓扑不变（TI）的表面状态在家庭的立方Bi钙钛矿（ABIO $_3$ ; A = Na，K，Rb，Cs，Mg，Ca，Sr和Ba）。由Bi- $\{$ s，p $\}$ - O- $\{$ p $\}$配位共价相互作用的成键和反键态形成两个TI态，一个位于价带（TI-V），另一个位于导带（TI-C）。在膜的某一临界厚度（其随A而变化）以下，顶表面和底表面的TI状态耦合以破坏狄拉克型线性色散并因此打开表面能间隙。形成TI态所必需的s-p带反转的起源将ABiO $_3$家族分为两类。对于I类（A = Na，K，Rb，Cs和Mg），Bi-p态的自旋-轨道耦合导致了TI-C态的能带反转;对于II类（A = Ca，Sr和Ba），Bi-p态的自旋-轨道耦合导致了TI-C态的能带反转。
2018-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Surface Reconstructions and Bonding via the Electron Localization Function: The Case of Si(001)
当切割表面时，共价半导体的键合图案被破坏，同时保持刚性（截断的本体）几何形状。当允许重构时，共价键部分地被重构（具有相当大的能量增益）。我们表明，“电子局域化功能”（ELF）-适用于第一原理赝势框架-提供了一个前所未有的洞察成键机制。在未重建的表面中，检测到部分金属特征，其在重建时消失。在表面重组的债券，ELF急剧可视化强烈的成对电子，在字符的散装债券。
1999-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Role of covalent Fe-As bonding in the magnetic moment formation and exchange mechanisms in iron-pnictide superconductors
以LiFeAs为原型，阐明了层状FeAs化合物中巨大磁结构效应的电子起源。这些材料的关键特征是Fe和As之间的强共价键合，其倾向于抑制交换分裂。成键-反键劈裂对Fe和As核之间的距离非常敏感。我们认为，键合和磁性之间的脆弱的相互作用是普遍的这一系列化合物。在实空间中分析了交换相互作用，以及它与共价和掺杂的相关性。随着Fe-As距离的减小，相互作用和巡游的范围增大。超交换对最近邻耦合有很大的反铁磁贡献，当局域磁矩不太小时，最近邻耦合会产生很大的各向异性。这种各向异性对掺杂非常敏感。
2008-12-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
The Nature of Bonding in Bulk Tellurium Composed of One-Dimensional Helical Chains
碲（Te）体是由一维螺旋链组成，它们之间通过范德华力（vdW）相互作用耦合。然而，基于第一性原理密度泛函理论计算，我们在这里提出了相邻链之间不同的成键性质：即，由正常共价键构成的螺旋链通过配位共价键连接在一起。结果表明，Te原子的孤对电子参与了相邻链间配位共价键的形成。因此，每个Te原子表现为相邻链的电子供体和相邻链的电子受体。这种配体-金属-类键合性质在散装Te的结果在相同的顺序的体模量沿平行和垂直于链的方向，对比vdW晶体的体模量的大的各向异性。我们进一步发现，平行和垂直于链的电子有效质量几乎是彼此相同的，与观察到的近各向同性的电阻率一致。因此，它表明，正常/配位共价键平行/垂直于散装Te中的链导致结构和输运性质的轻微各向异性，不同于在典型的二维（2D）vdW材料，如石墨和MoS $_2$中观察到的强各向异性。
2017-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Incipient Metals: Functional Materials with a Unique Bonding Mechanism
虽然固态材料通常被分类为共价键、离子键或金属键，但也有一些情况违背了这些标志性的键合机制。一个突出的例子是用于数据存储或光子学的相变材料（PCM），最近有人认为它显示了“共振”键合;然而，直到今天还缺乏对这种机制的明确定义。在这里，我们表明，这些固体明显不同于苯和石墨烯的π轨道系统中的共振键合。相反，它们表现出一种介于共价键和金属键之间的独特机制，我们称之为“间价”键。这些材料处于电子离域的边缘，这解释了它们特殊的属性组合，因此我们认为它们代表了“初期金属”。这对固态材料的键合性质产生了更深入的基本见解，并有望加速包括相变材料和热电材料在内的新功能材料的发现和设计。
2017-12-10 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
Ab initio study of CrNF: the first half-metallic ferromagnet nitride fluoride mimicking CrO2
基于不同的共价与离子化学键和等电子金红石CrO 2，CrNF提出从有序的金红石衍生物结构进行充分的几何优化。由结合能确定的基态结构为MgUO 4型，其特征为Cr-N键距离短，Cr-F键距离长。与CrO 2一样，它是一种半金属铁磁体，每个分子式单位具有M = 2玻尔磁子整数磁化强度，少数自旋处的带隙减小。磁响应压力的主要差异表征CrNF作为一个软铁磁体与硬磁CrO 2。化学键合性质指向占主导地位的共价Cr-N与离子Cr-F键合。提出并分析了两种不同协议下的综合路由。
2014-03-08 cond-mat.mtrl-sci
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
Competition between covalent bonding and charge transfer at complex-oxide interfaces
在这里，我们研究了铜酸盐/锰氧化物界面的电子性质。利用原子分辨电子显微镜和能谱技术，我们制作了一幅亚纳米尺度的过渡金属氧化态分布图，它位于高$T_c$超导体YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{7-δ}$和巨磁电阻化合物（La，Ca）MnO $_3$之间的界面上.电子从锰氧化物到铜氧化物的净转移具有特殊的非单调电荷分布。模型计算合理化的配置文件之间的竞争标准的电荷转移趋势（由于带失配），强化学键合效应的界面，和Cu取代到Mn晶格，具有不同的特征长度尺度。
2014-06-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Molecular Simulation of Covalent Bond Dynamics in Liquid Silicon
许多原子液体可以形成短暂的共价键，这让人想起相应的固态。这些方向性的相互作用决定了液态的许多重要性质，这就需要对这些复杂系统中的键合进行定量的、原子尺度的理解。一个典型的例子是液态硅，其中瞬时共价键引起局部四面体秩序和随之而来的对液态热力学和动力学的非平凡影响。为了进一步了解液态硅和类似液体中的共价键，我们提出了一种基于从头计算模拟的方法来量化凝聚相中共价键的结构和动力学。通过对硅核和最大局域化Wannier函数中心之间结构相关性的研究，我们提出了液态硅中共价键的几何判据。我们用它来监测动态的瞬态共价键在液体状态和估计共价键的寿命。我们比较共价键动力学的其他过程中的液体硅和类似的液体，并建议实验来测量共价键的寿命。
2020-03-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
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
Covalent bonding and the nature of band gaps in some half-Heusler compounds
半赫斯勒化合物\textit{XYZ}，也称为半赫斯勒化合物，以MgAgAs结构结晶，空间群为$F\bar43m$。我们报告了一个系统的检查带隙和半导体8-和18-电子半Heusler化合物通过第一性原理密度泛函计算的键合的性质（共价或离子）。我们发现从电子结构的角度对这些化合物最合适的描述是由\textit{X}离子填充的\textit{YZ}锌晶格。在8电子化合物中，成键遵循简单的价规则。例如，LiMgN可以写为Li $^+$ +（MgN）$^-$，并且与（SiSi）等电子的（MgN）$^-$形成锌双晶晶格。18电子的化合物可以类似地被认为遵守价规则。像TiCoSb这样的半导体可以写成Ti $^{4+}$ +（CoSb）$^{4-}$ ;后者与锌掺杂的GaSb是等电子和同构的。对于8电子和18电子化合物，当\textit{X}固定为某些正电性阳离子时，计算的带隙近似地随着\textit{Y}和\textit{Z}的Pauling电负性的差异而变化。特别令人兴奋的是，这个简单的共价键合\textit{YZ}晶格的想法也可以扩展到非常重要的\textit{magnetic}半赫斯勒相;我们将这些描述为在费米能处具有带隙的化合物\textit{ie.}，尽管只有一个自旋方向。这些磁性化合物中的\textit{local}矩位于\textit{X}位点。
2005-09-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Interplay of Chemical Bonding and Magnetism in Fe_4N, Fe_3N, Fe_2N
用自旋密度泛函理论对Fe_4N、Fe_3N和Fe_2N的化学键和磁性进行了比较研究。所有这些化合物形成紧密堆积的Fe晶格，而N占据八面体间隙位置。高自旋fcc Fe和假设的岩盐结构FeN作为参考系被纳入我们的研究中。我们发现，强，共价Fe-N键作为一个实质性的σ型p-d杂化的结果，与一些电荷转移到N。那些对p-d键有贡献的Fe d轨道不再参与Fe d带的交换分裂。由于大的交换场，大多数自旋d带总是被完全占据，而少数自旋d带接近半填充，从而优化了Fe d-d共价键。结果表明，在很好的近似下，Fe的磁矩从fcc铁（2.7 μ B）→ Fe_4N（2.7和1.97 μ B）→ \chem{Fe_3N}（1.99 μ B）→ α- Fe_2N（1.43 μ B）以0.5 μ B的步长递减。
1998-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Bonding Signatures of Incipient Electron Localization in Topological Chiral Semimetals Near the Metal-Insulator Transition
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids（马克斯·普朗克固体物理研究所）；ESPCI Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université（巴黎高等物理化工大学、巴黎文理研究大学、法国国家科学研究中心、索邦大学）；Peter Grünberg Institute – JARA-Institute Energy Efficient Information Technology (PGI- 10)（彼得·格林贝格研究所 - JARA能源高效信息技术研究所）
该研究对比拓扑手性半金属与其他固体，揭示其在金属-绝缘体转变附近的独特键合特征及与类金属固体的不同晶格动力学响应，明确其键合机制。
2026-08-26 cond-mat.mtrl-sci
First-Principle Description of Correlation Effects in Layered Materials
基于密度泛函理论中的绝热-连接涨落-耗散定理，我们提出了一种各向异性材料的第一性原理描述，其特征在于具有弱（色散样）和强共价键。对于六方氮化硼的面内和面外键合以及振动动力学在平衡和当层被拉开时都得到很好的描述。还描述了共价和离子固体中的键合。的形式主义允许ping下来的共同交换相关泛函的不足之处，并提供了对相关功能的色散相互作用的列入洞察。
2006-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Visualizing the mixed bonding properties of liquid boron with high resolution Compton scattering
用高分辨康普顿散射研究了2500 K下液态硼的成键特性。一个很好的协议之间的测量和相应的Car-Parinello分子动力学模拟。共价键对清楚地表明，占主导地位的液体硼随着扩散对共存。我们的研究揭示了液态硼的复杂键合模式，并深入了解了这种高温液体的不寻常性质。
2015-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Maximally valent orbitals in systems with non-ideal bond-angles
在追求一个最小的基础系统与非理想的键角，在这项工作中，我们试图查明的确切方向的主要重叠轨道沿最近的相邻的协调部分在一个给定的系统，使他们最大限度地代表共价相互作用，通过了系统。我们计算迈耶的键序，类似于Wiberg的键指数，在原子Wannier轨道的基础上，可定制的非简并杂化从第一原理构建，在一个有代表性的各种分子和分层系统。我们把他们的角度与无偏见的最大限度地本地化的描述成键和非键轨道，和能量隧道的电子通过它们之间最近的邻居，描述共价相互作用的不同物理方面，这不一定是由一个单一的一组独特的原子或成键轨道。
2022-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Superconductivity of MgB2: Covalent Bonds Driven Metallic
对MgB 2和相关等电子系统的一系列计算表明，与石墨相比，Mg（2+）离子层相对于键合“sigma”（sp_xp_y）带降低了非键合B“pi”（p_z）带，导致sigma-> pi电荷转移和0.13个空穴/电池的sigma带掺杂。由于它们的二维性，σ带对费米能级态密度有很大的贡献。计算的变形势的伽玛点声子确定的B键伸缩模式为主的电子-声子耦合。由σ带空穴驱动的超导电性与掺杂Al破坏超导电性的报道一致。
2001-03-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Electronic and magnetic structures and bonding properties of Ce2CrN3 and U2CrN3 from first principles
用DFT方法计算了A_2CrN_3（A = Ce，U）三元化合物的电子和磁性结构，发现nf元素（n = 4，5）的电子和磁性行为不同。电荷分析允许将这两种化合物正式表示为A2 Cr 5+ N3 5-，从而将它们分类为共价氮化物，即远离+-9电子的正式交换。通过建立能量-体积状态方程，得到两种化合物的硬度值分别为：B 0（A=Ce）=192 GPa和B 0（A=U）= 243 GPa，均在基于重叠矩阵分析的金属-氮共价键的氧化物范围内。铀化合物由于体积更小并且U相对于Ce金属的可压缩性更小而更硬。Ce_2CrN_3在Cr上表现出大的磁化强度（1.94BM），在Ce上表现出非常小的磁矩（0.14BM），指出了中间价态，而在U_2CrN_3中，M（Cr）= 0.49BM，M（U）= 0.97BM。这些结果强调了宽带状态密度（DOS）行为的A=U和局域DOS的A=Ce。这两种化合物在基态都具有铁磁性
2016-06-13 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
Ab-initio investigation of the covalent bond energies in the metallic covalent superconductor MgB2 and in AlB2
各种原子对的结合能的MgB 2和AlB 2的共价键能的贡献进行了分析与我们最近开发的能量分配方案的密度泛函总能量的一个变体。层内B-B对的共价键能最强。与一般的看法相反，在金属原子的介导下，层之间也存在相当大的共价键合。各种原子对之间的键能进行了分析，在轨道和能量分辨的贡献。
2001-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Material realization of spinless, covalent-type Dirac semimetals in three dimensions
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（理化学研究所 新兴物质科学中心）
针对三维石墨烯类似物实现的难题，研究制备出共价键稳定的共价型三维Dirac半金属$R_8$Co$X_3$，其多晶样品Dirac费米子载流子迁移率达3000$\\,\mathrm{cm^2/Vs}$，为三维Dirac电子研究提供了高化学可调性的材料平台。
2025-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Collision of nanoparticles of covalently bound atoms. Impact of stress-dependent adhesion
从理论上和数值上研究了由共价键原子组成的纳米粒子的碰撞问题。我们使用最近的模型的碳原子的共价键合，并阐述了一个数值模型的无定形碳（a-C）纳米粒子，这可能是适用于建模烟尘颗粒。我们计算了非晶碳材料的弹性模量，与现有的数据吻合得很好。我们揭示了一个有趣的新现象-应力依赖性粘附，这是指接触表面之间的共价键的应力增强的形成。我们观察到，有效的粘附系数线性依赖于表面之间的最大应力，并解释这种依赖性。我们计算碰撞NP的正常恢复系数，并探讨临界速度的依赖性，划分反弹和聚集碰撞，NP半径。使用所获得的弹性和应力依赖的粘附系数，我们开发了一个理论的临界速度。理论预测与模拟结果吻合得很好。
2021-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Systematic first-principles study of impurity hybridization in NiAl
我们已经进行了系统的第一性原理计算研究的杂质原子（硼，碳，氮，氧，硅，磷，硫）的轨道杂化和成键性能的金属间合金NiAl使用全电位线性muffin-tin轨道方法的影响。动量空间中的矩阵元被用来计算实空间的性质：现场参数，部分态密度，和本地电荷。在经验上已知为脆性的杂质原子（N和O）中，我们发现2s轨道与杂质结合，因此不参与共价键合。相反，发现相应的2s轨道在内聚力增强剂（B和C）中是离域的。这些杂质原子中的每一个被发现在NiAl中获得净负局部电荷，而不管它们是否位于Ni或Al位置。因此，脆化剂通过从相邻的Ni或Al原子中移除一些电子并将它们定位在杂质位点处来减少可用于共价键合的电子的总数。我们发现，这些相关性也适用于硅，磷，硫。
2002-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Bonding Structures of ZrHx Thin Films by X-ray Spectroscopy
利用Zr K边（1 s）X射线吸收近边结构和扩展X射线吸收精细结构谱研究了磁控溅射ZrHx（x=0.15，0.30，1.16）薄膜的局域原子结构和化学键的变化。随着氢含量的增加，Zr K-边缘向更高能量的化学位移被观察到，由于电荷转移和Zr 4d和H 1 s状态之间的离子或极性共价键合组分，Zr的化合价增加。我们发现随着氢含量的增加，Zr-Zr键距从六方密堆积金属（α相）中的3.160 μ m增加到x=1.16的欠化学计量的δ-ZrHx膜（CaF 2型结构）中的3.395 μ m，这在很大程度上类似于散装δ-ZrH 2。对于更低的氢含量，该结构是混合的α和δ相，而足够的氢负载（x>1）产生纯δ相，其是低于化学计量的，但在热力学上是稳定的。氢含量和应变的变化进行了讨论，在相应的键长的变化，杂交，和电阻率的趋势。
2017-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Design monolayer iodinenes based on halogen bond and tiling theory
本文首次揭示卤键在二维碘单层中的关键作用，结合非边对边铺砌理论与M06-L从头算方法，自下而上设计出多种稳定碘烯结构，并发现其具有平带、非平庸拓扑和优异光学性质。
2023-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Ab-initio insights into the mechanical, phonon, bonding, electronic, optical and thermal properties of hexagonal W2N3 for potential applications
本研究通过DFT计算系统揭示了六方相W2N3的力学、电子、声子及光学性质，证实其金属性、稳定性及各向异性，并首次用准谐波Debye模型分析其热学特性，表明其在高性能热沉和光电子器件领域具有应用潜力。
2024-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Atomic White-Out: Enabling Atomic Circuitry Through Mechanically Induced Bonding of Single Hydrogen Atoms to a Silicon Surface
我们报道了机械诱导硅-氢共价键的形成及其在工程纳米电子器件中的应用。利用非接触式原子力显微镜（NC-AFM）的针尖，可以垂直操纵单个氢原子。当施加局部电子激发时，单个氢原子从氢钝化表面解吸，并且可以转移到尖端顶点，如从频移曲线中的独特签名所证明的。在隧道电子和电场的情况下，在0 V的扫描探针显微镜结中，在尖端顶点处的氢原子被带到非常接近硅悬挂键，诱导硅-氢共价键的机械形成和悬挂键的钝化。功能化的尖端被用来表征硅悬挂键的氢-硅表面上，被证明是增强扫描隧道显微镜（STM）的对比度，并允许NC-AFM成像与原子和化学键的对比度。通过实例，我们展示了这种原子尺度的机械操作技术在基于表面悬挂键的纳米电子器件的新兴技术工程中的重要性。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic structure and chemical bonding in Ti4SiC3 investigated by soft x-ray emission spectroscopy and first principle theory
用体敏软X射线发射光谱研究了新型过渡金属碳化物Ti_4SiC_3的电子结构，并与已得到充分研究的Ti_3SiC_2和TiC系统进行了比较。用基于密度泛函理论的从头计算方法讨论了Ti L、C K和Si L的高分辨X射线发射谱。Ti-C和Ti-Si化学键的详细研究提供了对这些纳米层压材料的物理性质的更多理解。一个强烈修改的光谱形状被检测到的掩埋Si单层由于Si 3 p杂化与Ti 3d轨道。由于晶体结构的弛豫和从Ti（和Si）到C的电荷转移，Ti-C共价键的强度增加。讨论了Ti_4SiC_3和Ti_3SiC_2的电子结构和晶体结构的差异与两种体系中每层Ti的Si层数及相应的材料性能变化的关系。
2011-12-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
