鈣鈦礦結構

上個世紀一些最了不起的無機材料——超導體、超聲與聲納中的壓電陶瓷、以及最新的太陽能電池吸光層——都共享同一種結構藍圖。它以礦物鈣鈦礦、即鈦酸鈣（CaTiO3）命名，是大自然堆疊眾多通式為 ABO3 化合物的標準方式，其中 A 和 B 是大小迥異的兩種不同金屬陽離子。

這種結構最易想像成一張共頂角八面體網絡，裡頭有一個大陽離子在空腔中晃動。又小又高電荷的 B 陽離子（這裡是 Ti4+）位於六個氧離子構成的八面體中心；這些 BO6 八面體透過共享每一個頂角相連，搭起一個開放的三維骨架。大陽離子 A（這裡是 Ca2+）坐在由八個這樣的八面體圍出的大空腔中央，被十二個氧離子環繞（配位 12）。晶胞的一種畫法：B 在頂角、A 在體心、氧在稜中點——一個含一個 ABO3 單元的立方晶胞（Z = 1）。所以鈣鈦礦是陽離子 12:6 配位、共用一套氧骨架的化合物。

鈣鈦礦之所以聞名，是因為對這套骨架做微小的調整就能解鎖驚人的性質。把八面體稍稍傾斜或畸變，便使鈦酸鋇（BaTiO3）具有鐵電性與壓電性——擠壓它就產生電壓，用於麥克風和聲納。混合金屬的鈣鈦礦是高溫超導體（銅酸鹽 YBa2Cu3O7 就是層狀、缺氧的鈣鈦礦）。而有機-無機的鹵化鉛鈣鈦礦（如 CH3NH3PbI3）已成為廉價高效太陽能電池的明星材料。其中最重要的一個數是容忍因子，一個由離子半徑構成的比值，用來預測給定的 A 與 B 對究竟能否真正嵌進鈣鈦礦籠子、還是會畸變偏離它。