目录

创建CIF晶体结构描述文件

在本教程中,您将学习如何通过创建 CIF 文件定义一个新的晶体结构。这是一种比简单地手动创建结构更容易的方法。

注意

Crystallographic Information File(CIF,晶体学信息文件)是由国际晶体学联合会(IUCr)颁布的用于表示晶体学信息的标准文本文件格式。CIF 由 IUCr 晶体学信息工作组开发,获得了 IUCr 晶体学数据委员会和 IUCr 期刊委员会赞助。IUCr 网站提供了该格式的完整规格。

描述和需求

假设如下情形:您读到一篇关于特定晶体或其他材料的有趣科学文章(在这里,我们讨论的是周期性结构而不是分子),您想要尝试在 QuantumATK 或其他软件中模拟它。然而事实是,问题中的材料并不被包含在 QuantumATK 的内置晶体数据库,且您无法在任何地方找到它的 CIF 文件。但是,您可以在文章中获得所有的必要信息。那么将结构导入 Builder 的方法是什么?

在某些情况下,事实证明编写自己的 CIF 文件并不是那么难,在许多情况下,它甚至比手动构建结构要快得多,同样也适用于其他软件包。这是因为 CIF 文件仅包含降低对称性的基组,因此即使相当复杂的晶胞通常也能够只通过几个原子的位置来描述——当然还有相应的对称操作。然而,在大多数情况下,仅提供 Hermann-Mauguin 符号空间群号就足够了,因为它唯一地定义了对称性(可能与设置或原点选择相结合)。这与您在 Crystal Builder 中输入的信息相同。

实例

让我们基于论文研究一个例子。创建石墨烯船型和扶手型结构的 CIF 文件。我们所需要的信息可以在 Graphane: A two-dimensional hydrocarbon, by J. O. Sofo, A. S. Chaudhari and G. D. Barber, Phys. Rev. B 75, 153401 (2007) (或 arXiv)中找到。以下为相关参数:

第 1 步:首先,我们需要一个 CIF 文件模板。一个简便的方法是从 QuantumATK 的 Builder 中导出一些简单结构的 CIF 文件,但这里有一个非常简约的模板:

 data_global _chemical_name 'New material'
 _cell_length_a 1.0
 _cell_length_b 1.0
 _cell_length_c 1.0
 _cell_angle_alpha 90
 _cell_angle_beta 90
 _cell_angle_gamma 90
 _symmetry_space_group_name_H-M 'P 1'
 loop_
 _atom_site_label _
 atom_site_fract_x
 _atom_site_fract_y
 _atom_site_fract_z
 H 0 0 0

第 2 步:现在我们只需要从文章中获取对称信息并更改参数。因此,我们最终分别得到以下石墨烯船型和扶手型结构的 CIF 文件:

data_global
_chemical_name 'Graphane boat'
_cell_length_a 4.272
_cell_length_b 2.505
_cell_length_c 4.976
_cell_angle_alpha 90
_cell_angle_beta 90
_cell_angle_gamma 90
_symmetry_space_group_name_H-M 'P m m n'
loop_
_atom_site_label
_atom_site_symmetry_multiplicity
_atom_site_Wyckoff_symbol
_atom_site_fract_x
_atom_site_fract_y
_atom_site_fract_z
C 4 f  0.8178 0 0.5636
H 4 f  0.7439 0 0.7717
data_global
_chemical_name 'Graphane - chair'
_cell_length_a 2.516
_cell_length_b 2.516
_cell_length_c 4.978
_cell_angle_alpha 90
_cell_angle_beta 90
_cell_angle_gamma 120
_symmetry_space_group_name_H-M 'P -3 m 1'
loop_
_atom_site_label
_atom_site_symmetry_multiplicity
_atom_site_Wyckoff_symbol
_atom_site_fract_x
_atom_site_fract_y
_atom_site_fract_z
C 2 d  0.333333 0.666666 0.5419
H 2 d 0.333333 0.666666 0.7479

第 3 步:在 QuantumATK 的 Editor 中复制并粘贴您所需的代码。然后用 .cif 扩展名保存文件。将您的 .cif 文件拖放到 Builder 上,您就可以编辑和研究它了!

当然可以在 CIF 文件中输入更多信息,如文章参考等,但以上信息足以完全定义结构,因此您现在可以在此系统上执行计算。(在上面的例子中,我们实际上还添加了原子的 Wyckoff 符号——这在将来可能会有用!)

参考