ms电荷密度图怎么看(电荷体密度增大为2倍)
导语：呈现电荷密度波MX2型晶体的物相及相互关系
本文作者不懂神奇多彩的物性，但知道结构和成分决定性能。
一类过渡金属与硫、硒二元化合物，通式可表示为MX2。其中X位分别可以是Se，S。M位分别可以是Mo、Ta、Ti、V、Zr或Nb等。本文选TaS2作为代表，分析晶体结构以及物相的相互关系。（在下文中所涉及离子统一称为原子）。
在这类晶体上发现了电荷密度波，是一类功能性材料。MX2型晶体结构具有显著的二维结晶特征。它们的结构有1T相，2H相，3R相，可能还有……相。这是什么意思，它们是什么关系？三者可不可能共格结晶，形成更多种结构及相关状态，必将产生性能或影响性能。
TaS2的二维单分子“片”由三层原子构成，上下两层为S，中间层为Ta。每层S原子成六角排列，上下两层绕共同轴转60度，形成八面体间隙，Ta原子在八面体间隙中。（网上还报导一种分子“片”，Ta原子在S原子形成的三角柱多面体间隙中）。从分子“片”中提取出周期性，即二维六角晶格。
如图1，互成120度的两个等长度平移矢量a、b形成二维菱形点阵（晶格）。平分120度加一条直线得到等边三角形（图上没画）。我们定义阵点所在位置为A位，尖角向上等边三角形的中心点为B位，即3次旋转轴位置。尖角向下等边三角形中心点为C位，即另一个3次旋转轴位置。
图1.二维六角晶格及对称性配置图
将二维晶格作第三维平移，或说平移堆垛。现给出三种，AA平移，即垂直ab面的c平移（如图2）。对应TaS2的1T相晶格。
图2.1T-TaS2的晶格及投影图
AB平移，即（2／3）a＋（1／3）b＋（1／2）c矢量平移（如图3）。对应TaS2的2H相晶格。晶胞內平移点不是格点，是具有对称关系的等效点。
图3.2H-TaS2相的复杂晶胞与简单晶胞
ABC平移，即（2／3）a＋（1／3）b＋（1／3）c矢量平移后，再作（1／3）a＋（2／3）b＋（2／3）c矢量平移。对应TaS2的3R相晶格（如图4）。
图4.3R-TaS2的晶胞选取及投影图
現在可以看出了，1T相就是只有一个分子层结晶，T意为三角晶格，即含一个格点的简单晶胞。2H相的2是代表两层分子层ABAB…重复堆垛结晶，H代表六方晶系（或称六角）晶体。值得十分注意的是3R相，3代表三层分子层ABCABC…重复堆垛结晶，R代表菱面体。这种堆垛结晶的晶体失去了6次对称性，特征对称轴转变为3次轴。其反映3次对称性的简单晶胞（含1个阵点）为菱面体。晶体结构已经变为三方（或三角）晶系。晶胞应取图中所示的反应对称性，只有一个阵点的菱面体晶胞。它的体对角线a＋b+c矢量方向是原六方晶胞的c。然而惯用晶胞还选取菱面柱晶胞。
1T-TaS2相晶体结构。P（-3）m1（164）空间群，选PDF卡2一137为例子，实验值，a＝0.3385nm，c＝0.590nm。PDF卡73一2200，计算值，a＝0.3350nm，c＝0.5860nm，一个晶胞含分子（式）数Z＝1。晶胞中原子分数坐标为：
1Ta：0，0，0。
2S：（1／3，2／3，z）；（2／3，1／3，-z）。这个z是可变参数分数坐标。
从原子坐标看，Ta原子确实在S原子形成的八面体间隙中。
2H-TaS2晶体结构。P63mmc（194）空间群，选PDF卡80一685为例，计算值，a＝0.3314nm，c＝1.209nm，一个单胞分子（式）Z＝2。本文作者不会写晶胞中太烦的各原子分数坐标。原则是坐标变换，将1T型TaS2结构中已有的每一原子坐标，作（1／3）a＋（2／3）b＋（1／2）c矢量平移，即坐标变换，再形成另一组原子坐标。合计呈现2Ta，4S原子坐标。也可以查阅《空间群国际表》。
3R-TaS2晶体结构。R3m（160）空间群，选PDF卡89一2756为例，计算值，a＝0.3320nm，c＝1.790nm。一个单胞含分子（式）数Z＝3。
3R-TaS2相晶胞内的原子分数坐标，本文作者更不会写。坐标变换原则是，将1T相晶胞各原子分数坐标作两种平移，分别为（2/3）a＋（1／3）b＋（1／3）c和（1／3）a＋（2／3）b＋（2／3）c矢量平移，得到两组原子坐标，合计3Ta和6S原子坐标。可以查阅《空间群国际表》。
以TaS2分子“片”为结构单元，作平移堆垛，形成三种结构状态，即1T相，2H相，3R相。三相晶体结构关系如图5。这是从网上搬来的。
图5.TaS2的1T相、2H相、3R相结构关系图
从图中可以看出1T相TaS2分子层的S对Ta形成八面体配位。然而在2H相和3R相结构图中Ta原子确在S原子形成的三方柱多面体间隙中。由于不会写2H相和3R相结构中原子坐标，所以没能判断这种变化是否正确。但该图给出的各相分子层平移关系是正确的。
这三种物相的a、b矢量形成的二维晶格是相同的，不但可以结晶成AA相，AB相和ABC相，也可以按ABCAB、ABCAB……五层一重复平移堆垛结晶成相。也可以作AABC、AABC……四层一重复平移堆垛结晶成相。这些结构状态理想情况还是三维晶体。晶格常数c是1T相c轴倍数关系。可见易形成3R -2H，1T-3R，……共格结晶形成新相。其极端情况下可以是A、B、C堆垛隨机出现实现了“彻底”的二维晶体，即二维晶格是分子“片”，一维周期是分子“片”堆垛，形成分子“片”间距 。一维周期与二维晶格独立存在，没有形成三维晶体，无法取出一个平行六面体晶胞。按三维平移说法，这是2加1不等3的状态。
按规律平移堆垛形成长周期。这种结构是超晶格状态。原晶格是1T相晶格。请看实例。选取六层一重复的TaS2结晶，PDF卡号73-2201为例，R（-3）m（166）空间群，a＝0.3340nm，长周期c＝3.594nm（35.94埃）。是分子层间距0.590nm的6倍。这是ABCCBA……六层一重复。这种超晶格状态不但c方向超晶格，在ab面也要超晶格，相当于具有不同对称性两相共格结晶。3次对称轴结晶迂到了6次对称轴结晶。两种晶系晶体虽然对称性有兼容性，超晶格仍然存在，不容易显现。当高压或低温下，由于分晶格区动作不协同，就会显示出来，影响性能。再考虑分子“片“可能引起超晶格。由两层S原子夹一层Ta原子。在高压或低温作用下，二者动作也不协同，如原子半径比值发生变化，易升高能量（微观应力），为降低能量，出现结构调整，形成调制周期。也会产生超晶格。
六角晶格有一个判据，a、b矢量形成的菱形，对角线的短边比长边，即短边／长边＝a／（2aSin60度）＝1／（2×Sin60度），近似值为0.5773。如果符合这个值是六方晶系，偏离这个值，c轴方向6次对称轴就会转变为2次对称轴，晶体结构从六角晶系转变为正交晶系。这种变化可能来源于阴、阳离子半径比变化。推动力是温度和压力。调整结构，降低能量，形成晶格超。
六方晶系的TaS2晶体的阳离子与阴离子为八面体（或三方柱）配位，即6配位，最佳离子半径比为：R（阳）／R（阴）＝√2-1＝0.414。小于这个值时，阳离子可能偏离多面体中心，降低晶体结构对称性，产生结构相变。
X射线衍射归根结底是电子对X射线散射。可以认为，晶体X射线衍射“看到”的就是晶体结构按原子位置分布的“电荷密度波”。而“看到”的超晶格，就是在原晶格周期性上调制的长周期“电荷密度波”。至于那个真电荷密度波与它们怎么区别，本文作者暂时不会，以后是否还有时间有可能学会也不知道。
涉及电荷密度波等物理问题本文作者确实不懂，但文献中示意图和形貌图，像是超晶格，而且说X射线衍射主峰旁的卫星峰，是电荷密度波证据，作X射线衍射的人都知道，用卫星峰与主峰的角距离可以计算出长周期，确定调制结构及调制周期方向。主峰的周期是哪个方向，长周期就在那个方向。如果00L主衍射峰出现卫星峰，长周期一定在垂直00L面方向，假定测出的电荷密度波是在001面内，那就矛盾了。
为了开扩长周期堆垛晶体结构视野，现举个题外好玩的例子SiC。大家熟知，其二维晶格是双原子分子“片”。片层之间距0.252nm。查到它c方向最大堆垛层数可达174，长周期c＝43.82nm（438.2埃）。这么长的c周期快趋近“彻底”二维晶体了。（参考PDF号89-3067）
回归我们正题。现在说说TaS2单晶的00L衍射。由于所有的物相c轴方向的分子层间距都是一个值 ，或者接近，即1T-TaS2的晶格常数c＝0.590nm。从各相数据看，确实有误差，但都在实验可允许的误差范围内。无论是IT相、2H、3R，还是各种平移堆垛形成的其它相，极端情况可以是平移堆垛随机相，“彻底”二维晶体，第一个衍射峰都是d＝0.590nm。对于1T相它的衍射指数是001，依次为002，003……。对于2H相它是002，依次衍射峰为004，006……。对于3R相它是003，依次衍射峰为006，009……。对于6R相它是006。如此等等。该衍射峰前面的00L衍射全都消光。就是说不同相的TaS2单晶体的00L衍射，在误差范围内位置都是一样的，只是对应不同指数。有的商家为了证明单晶是1T相、2H相或3R相，展示出TaS2的X射线00L多级衍射图。也许他们真不懂，不是有意骗人，请买单晶用于应用或者研究物性的朋友不要误判。问题来了，那怎么证明这型单晶样品是什么相，有没有共格生长混相呢？有一个原则，两种办法。一个原则是看非00L衍射，即hkl衍射。h,k不能同时为0的衍射，而且该衍射一定要扯上c轴，即L不等于0。第一个办法用单晶作实验，去找与c轴相关的非00L衍射。手动太难了，在多晶衍射仪上结合极图仪或欧拉环寻找起来方便些，但也够麻烦的了。第二个办法可能不受欢迎，然而是个好办法。破坏一个单晶或取单晶一部分，研磨成粉末，作多晶X射线衍射，将多晶衍射峰指标化，从而确定晶体的晶格参数c，就可以确定第一个00L衍射峰是几级衍射了。这时才能确定物相。
本文较长。如果你能读完全文，说明你熟悉相关内容，为你点赞。有批评和讨论可留言。
本文内容由快快网络小岑创作整理编辑！