Дефектная кристаллическая структура α-Na0.5–xR0.5+xF2+2x (R = Dy–Lu, Y) по данным рентгеновской и электронной дифракции. I. Методика моделирования дефектной структуры на примере α-Na0.35Dy0.65F2.30

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Впервые методом рентгеновской дифракции при 293 и 85 К и дифракции электронов при 293 К изучен кристалл α-Na0.35Dy0.65F2.30. Унифицированная кластерная модель дефектной структуры наноструктурированных кристаллов со структурой типа флюорита, основанная на полиморфизме упорядоченных фаз KR3F10 (R = Er, Yb), расширена моделью матричной части на основе структуры соединения KYF4. Унифицированная кластерная модель применена для построения дефектной структуры α-Na0.35Dy0.65F2.30. Установлено, что матричная часть кристалла содержит катионы Na+ и Dy3+ в соотношении 1 : 1. Часть анионов матрицы смещена в позиции 32f (пр. гр. Fm3m). Избыток Dy3+ образует с Na+ октаэдро-кубические кластеры [Na14–nDynF64+n] с ядрами в виде искаженных и правильных кубооктаэдров {F12}. Они составлены межузельными анионами в двух позициях 32f и одной 48i. Кластерная составляющая кристалла α-Na0.35Dy0.65F2.30 содержит октаэдро-кубические кластеры f-, f–i- и i-типов. Методом электронной дифракции показано, что α-Na0.35Dy0.65F2.30 является наноструктурированным кристаллом. Его кластерная составляющая имеет форму пластинчатых выделений толщиной ~5 нм со сверхструктурным упорядочением и единичные октаэдро-кубические кластеры. Предложена модель их структуры. Понижение температуры до 85 К приводит к увеличению количества межузельных анионов F(32f)1 в матричной составляющей кристалла.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. А. Сульянова

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: sulyanova.e@crys.ras.ru
Россия, Москва

Б. П. Соболев

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Email: sulyanova.e@crys.ras.ru
Россия, Москва

В. И. Николайчик

Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН

Email: sulyanova.e@crys.ras.ru
Россия, Черноголовка

А. С. Авилов

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Email: sulyanova.e@crys.ras.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Li H., Bai G., Lian Y. et al. // Mater. Design. 2023. V. 231. P. 112036. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112036
  2. Соболев Б.П., Минеев Д.А., Пашутин В.П. // Докл АН СССР. 1963. Т. 150. № 4. С. 791.
  3. Степанов А.В., Северов Е.А. // Докл. АН СССР. 1961. Т. 141. № 4. С. 954.
  4. Воронков А.А., Шумацкая Н.Г., Пятенко Ю.А. // Журн. структур. химии. 1962. Т. 3. № 6. С. 691.
  5. Burns J.H. // Inorg. Chem. 1965. V. 4. № 6. P. 881. https://doi.org/10.1021/ic50028a025
  6. Kumar D., Sharma S.K., Verma S. et al. // Mater. Today: Proc. 2020. V. 21. P. 1868. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.01.243
  7. Федоров П.П., Кузнецов С.В., Воронов В.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2008. Т. 53. № 11. С. 1802. https://doi.org/10.1134/S0036023608110028
  8. Федоров П.П., Соболев Б.П., Белов С.Ф. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1979. Т. 15. № 5. С. 816.
  9. Федоров П.П. // Журн. неорган. химии. 1999. Т. 44. № 11. С. 1792.
  10. Sobolev B.P. The Rare Earth Trifluorides. Part 1. The High Temperature Chemistry of the Rare Earth Trifluorides. Institute of Crystallography, Moscow; Institute d’Estudis Catalans, Barcelona. Barcelona: Institut d’Estudis Catalans, Spain, 2000.
  11. Журова Е.А., Максимов Б.А., Халл С. и др. // Кристаллография. 1997. Т. 42. № 2. С. 277.
  12. Отрощенко Л.П., Фыкин Л.Е., Быстрова А.А. и др. // Кристаллография. 2000. Т. 45. № 6. С. 1006.
  13. Соболев Б.П., Голубев А.М., Эрреро П. // Кристаллография. 2003. Т. 48. № 1. С. 148. https://doi.org/10.1134/1.1541755
  14. Кривандина Е.А., Быстрова А.А., Соболев Б.П. и др. // Кристаллография. 1992. Т. 37. Вып. 6. С. 1523.
  15. Bagdasarov Kh.S., Voronko Yu.K., Kaminskii A.A. et al. // Phys. Status. Solidi. 1965. 12. P. 905. https://doi.org/10.1002/pssb.19650120233
  16. Казанский С.А. // Письма в ЖЭТФ. 1983. Т. 38. Вып. 9. P. 430.
  17. Fridman E., Low W. // J. Chem. Phys. 1960. V. 33. № 4. P. 1275. https://doi.org/10.1063/1.1731391
  18. Мацулев А.Н., Бузник В.М., Лифшшиц А.И. и др. // ФТТ. 1987. Т. 29. Вып. 11. С. 3247.
  19. Kadlec F., Moussa F., Simon P. et al. // Solid State Ionics. 1999. V. 119. № 1–4. P. 131.
  20. Pontonnier L. Relations entre la Structure et les Proprietés de Conductivite Ionique des Solutions Solides à Structure Fluorine Excendentaire en Anions Na0.5–xY0.5+xF2+2x. These. Grenoble, 1985. 196 p.
  21. Pontonnier L., Aleonard S., Roux M.T. // J. Solid State Chem. 1987. V. 69. № 1. Р. 10. https://doi.org/10.1016/0022-4596(87)90003-X
  22. Pontonnier L., Patrat G., Aleonard S. et al. // Solid State Ionics. 1983. V. 9–10. № 1. P. 549. https://doi.org/10.1016/0167–2738(83)90293-X
  23. Pontonnier L., Patrat G., Aleonard S. // J. Solid State Chem. 1990. V. 87. № 1. P. 124. https://doi.org/10.1016/0022-4596(90)90073-7
  24. Sobolev B.P. Multicomponent Crystals Based on Heavy Metal Fluorides for Radiation Detectors. Arxius Sec. Cien. IEC (Institut d’Estudis Catalans). V. 110. Barcelona, Spain, 1994 (2nd Edition 1995). 265 p.
  25. Главин Г.Г., Карпов Ю.А. // Заводская лаборатория. 1964. Т. 30. № 3. С. 306.
  26. Главин Г.Г., Карпов Ю.А., Олжатаев Б.А. // Заводская лаборатория. 1969. Т. 35. № 2. С. 172.
  27. Petricek V., Palatinus L., Plášil J., Dusek M. // Z. Kristallogr. 2023. V. 238. № 7–8. P. 271. https://doi.org/10.1515/zkri-2023–0005
  28. Becker P.J., Coppens P. // Acta Cryst. A. 1974. V. 30. P. 129. https://doi.org/10.1107/S0567739474000337
  29. International Tables for Crystallography. Vol. C. / Ed. Wilson A.J.C. Dordrecht; Boston; London: Kluwer Acad. Publ., 1992.
  30. Федоров П.П., Александров В.Б., Бондарева О.С. и др. // Кристаллография. 2001. Т. 46. № 2. С. 280.
  31. Le Fur Y., Khaidukov N.M., Aleonard S. // Acta Cryst. C. 1992. V. 48. P. 978. https://doi.org/10.1107/S010827019101394X
  32. Grzechnik A., Khaidukov N., Friesec K. // Dalton Trans. 2013. V. 42. P. 441. https://doi.org/10.1039/C2DT31483E
  33. Grzechnik A., Nuss J., Friese Κ. et al. // Ζ. Kristallogr. 2002. V. 217. P. 460. https://doi.org/10.1524/ncrs.2002.217.1.460
  34. Sulyanova E.A., Sobolev B.P. // CrystEngComm. 2022. V. 24. P. 3762. https://doi.org/10.1039/D2CE00280A
  35. Максимов Б.А., Соланс Х., Дудка А.П. и др. // Кристаллография. 1996. Т. 41. № 1. С. 51.
  36. Сульянова Е.А., Молчанов В.Н., Верин И.А. и др. // Кристаллография. 2009. Т. 54. № 3. С. 516.
  37. Sulyanova E.A., Sobolev B.P. // J. Phys. Chem. C. 2024 V. 128. № 10. P. 4200. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.3c08137
  38. Aleonard S., Guitel J.C., Le Fur Y. et al. // Acta Cryst B. 1976. V. 32. № 12. P. 3227. https://doi.org/10.1107/S0567740876010005
  39. Aleonard S., Guitel J.C., Roux M. Th. // J. Solid State Chem. 1978. V. 24. P. 331. https://doi.org/10.1016/0022-4596(78)90024-5
  40. Roy D.M., Roy R. // J. Electrochem. Soc. 1964. V. 111. P. 421. https://doi.org/10.1149/1.2426145
  41. Golubev A.M., Fedorov P.P., Bondareva O.S. et al. // Soviet Physics Crystallography. 1991. V. 36. № 3. P. 363.
  42. Thoma R.E., Herbert G.M., Insley H. et al. // Inorg. Chem. 1963. V. 2. № 5. P. 1005. https://doi.org/10.1021/ic50009a030
  43. Голубев А.М., Федоров П.П., Бондарева О.С. и др. // Кристаллография. 1992. Т. 37. Вып. 3. С. 576.
  44. Das P.P., Palatinus L., Bürgia H.-B. et al. // Acta Cryst. A. 2010. V. 66. P. s213. https://doi.org/10.1107/S0108767310095188
  45. Das P.P. α-“NaLuF4”: a Structure with Sixfold Twinning, Modulation and Diffuse Scattering. Structure Determination and Disorder Modelling. Dissertation zur Erlangung der naturwissenschaftlichen Doktorwürde (Dr. sc. nat.) vorgelegt der Mathematisch-naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Zürich, 2012.
  46. Zalkin A., Templeton D.H. // J. Am. Chem. Soc. 1953. V. 75. № 10. P. 2453. https://doi.org/10.1021/ja01106a052
  47. Nowacki W. // Z. Kristallogr. 1938. B. 100. № 3. S. 242. https://doi.org/10.1524/zkri.1939.100.1.242
  48. Голубев А.М., Гарашина Л.С., Закалюкин Р.М. и др. // Журн. неорган. химии. 2004. Т. 49. № 2. С. 266.
  49. Louër D., Boultif A. // Powder Diffr. 2014. V. 29. P. 7. https://doi.org/10.1017/S0885715614000906
  50. Le Fur Y., Aleonard S., Gorius M.F. et al. // Z. Kristallogr. 1988. V. 182. P. 281. https://doi.org/10.1524/zkri.1988.182.14.281

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Кристаллы α-Na0.5–xR0.5+xF2+2x (R = Dy–Lu, Y).

Скачать (333KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Разностные карты Фурье электронной плотности α-Na0.65Dy0.35F2.30 в плоскости (110) при 293 (а) и 85 К (б). Шаг изолиний 0.2 Å–3.

Скачать (448KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Картины электронной дифракции образца α-Na0.35Dy0.65F2.30, проекции вдоль осей зон: a – [100], б – [110], в – отклоненной [110], г – [111]. Наклонными стрелками указаны линии диффузного рассеяния.

Скачать (581KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Октаэдро-кубический кластер в структуре флюоритовых наноструктурированных кристаллов: a – i-типа, б – f-типа, в – f–i-типа.

Скачать (190KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Матричный кластер в структуре KRF4 (R = Y, Ho, Er, Tm, Yb) (а) и его октаэдрическая часть (б). Ядро {F8} кластера, состоящее из четырех анионов F(8c), трех анионов F(48i) и одного аниона F(32f)3 (в).

Скачать (265KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Структура: а – β-KYb3F10, построенная из кластеров f–i-типа; б – β-KEr3F10 из чередующихся слоев октаэдрокубических кластеров i- и f–i-типов; в – α-KY3F10 из кластеров i-типа.

Скачать (299KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость конфигурации октаэдро-кубического кластера в наноструктурированном кристалле со структурой типа флюорита от: а – концентрации RF3, б – атомного номера Z РЗЭ.

Скачать (388KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Модель кластерной составляющей дефектной структуры α-Na0.35Dy0.65F2.30, содержащей октаэдро-кубический кластер: а – f-типа, б – гибридного f–i-типа, в – i-типа.

Скачать (251KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Структура K0.265Gd0.735F2.47 (а). Модель структуры микровключений упорядоченной фазы в α-Na0.35Dy0.65F2.30 на основе структуры K0.265Gd0.735F2.47 (б).

Скачать (372KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024