Строительные исследования
страница - 0
EXAFS-ИССЛЕДОВАНИЕ АТОМНОЙ СТРУКТУРЫ БЛИЖНЕГО ОКРУЖЕНИЯ АТОМОВ Nb В КРИСТАЛЛЕ NaNbO3.
Ведринский Р.В (1), Бугаев Л.А. (2), Жучков К.Н. (konst z@mail.ru) (2), Шуваева В.А. (1)
(1) НИИ Физики, Ростовский госуниверситет (2) Физический факультет, Ростовский госуниверситет
1. ВВЕДЕНИЕ
Несмотря на многолетние исследования атомного строения сегнетоэлектрических кристаллов со структурой перовскита, проблема определения величин и направлений малых смещений атомов в различных фазах этих кристаллов не утратила своей актуальности. Основные трудности здесь связаны с тем, что точность определения положений атомов традиционными методами структурного анализа недостаточно высока из-за сильной корреляции между величинами малых смещений атомов и тепловыми параметрами. В связи с этим актуально применение новых методов исследования, в частности, основанных на использовании протяженной тонкой структуры рентгеновских спектров поглощения (EXAFS), которая несет уникальную информацию о функции радиального распределения атомов (ФРРА) вокруг поглощающего атома и является мощным современным методом исследования локальной структуры вещества, в том числе малых смещений атомов. К примеру, применение этого метода к исследованию кристаллов со структурой перовскита [1,2] позволило получить новые данные об атомных смещениях и фазовых переходах в этих кристаллах. Однако формальное применение метода, основанного на обработке EXAFS, в ряде случаев может приводить к ошибкам в интерпретации спектров, особенно если исследуемые атомы занимают низкосимметричные позиции, что приводит к сложному радиальному распределению окружающих атомов вокруг поглощающего и требует введения большого числа параметров. В предыдущих работах авторов
[3,4] было продемонстрировано, что при анализе EXAFS-спектров атомов в кристаллах со структурой перовскита, в частности, атома ниобия в кристалле KNbO3, необходим предварительный теоретический анализ различных вариантов искажений структуры и привлечение данных других методов, в том числе - средних величин смещений, получаемых с использованием рентгеноструктурных данных. Такой анализ позволяет выбрать адекватную модель смещений, на основе которой и проводится дальнейшая обработка экспериментальных данных.
Данная работа посвящена исследованию малых смещений атомов ниобия в кристалле NaNbO3. Этот кристалл является одним из наиболее сложных двойных оксидов со структурой перовскита. Известно [5], что в нем на температурном интервале от - 1000 С до 6400 С наблюдается 6 фазовых переходов, в ходе которых имеют место как взаимные развороты соседних NbO6 октаэдров, так и смещения атомов ниобия из центров этих октаэдров. Часть из наблюдаемых фаз, в том числе высокотемпературная кубическая, являются параэлектрическими, часть - антисегнетоэлектрическими, а низкотемпературная ромбоэдрическая фаза - сегнетоэлектрической.
В настоящей работе экспериментально исследованы и обработаны EXAFS-спектры над К краем поглощения атома ниобия в кристалле NaNbO3 в широком интервале изменения температуры от 200 С до 8000 С. При обработке спектров основное внимание уделено спектрам, полученным при комнатной температуре, когда исследуемый кристалл находится в ромбической фазе Р. Основной задачей исследования было выяснение того, какая из существующих моделей малых смещений атомов в исследуемом кристалле, которые были получены методами традиционного структурного анализа [6,7], согласуется со спектроскопическими данными. Другой задачей проведенного исследования было выяснение того, насколько локальная атомная структура ближайшего «кислородного» окружения атомов ниобия в исследуемом кристалле меняется с изменением температуры, в частности, с переходами кристалла из одной фазы в другую. Решению этих задач посвящен раздел 3 данной работы. В разделе 4 предпринята попытка исследования локальной атомной структуры более далекого окружения атомов ниобия, включающего атомы 3-ей «ниобиевой» координационной сферы. Раздел 5 посвящен исследованию влияния процессов
многократного рассеяния фотоэлектронов при формировании вкладов в EXAFS-спектр от этой координационной сферы.
2.ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Измерения экспериментальных К-спектров поглощения Nb в кристалле NaNbO3 были проведены с использованием источника синхротронного излучения (Photon Factory, Цикуба, Япония) одним из авторов (Шуваевой В.А.). Спектры измерялись в энергетическом интервале от 18627.4 эВ до 19847.3 эВ с шагом 1 эВ в температурном интервале от 200 С до 8000 С с шагом 100 С в районе точек фазовых переходов. Интенсивность излучения в каждой точке спектра измерялась до набора 106 импульсов. Для получения нормализованной EXAFS-функции %(k), где k - волновое число фотоэлектрона, использовались стандартные методы ее выделения из экспериментальных спектров поглощения
[8].
3.АНАЛИЗ Nb K-EXAFS СПЕКТРОВ ДЛЯ 1-ОЙ КООРДИНАЦИОННОЙ СФЕРЫ АТОМОВ Nb В КРИСТАЛЛЕ NaNbO3.
Проведя Фурье-преобразование функций k %(k), выделенных из экспериментальных EXAFS-спектров, снятых при температурах 200С, 3300С, 5000С и 8000С, мы получили Фурье-образы этих функций F(r), модули и мнимые части которых показаны на рис. 1 . Как видно из рисунка, как модули, так и мнимые части Фурье-образов меняются с изменением температуры сравнительно слабо, хотя на исследованном температурном интервале в изучаемом кристалле имеют место 5 фазовых переходов при следующих температурах: 3730 С, 4800 С, 5200 С, 5750 С и 6410 С [5]. Это свидетельствует о том, что функции радиального распределения атомов (ФРРА) вокруг каждого атома ниобия не претерпевают радикального изменения при фазовых переходах. При всех значениях температуры модули Фурье-образов содержат два хорошо выраженных максимума сложной структуры в окрестности расстояний 1,5 А и 3,5 А, что соответствует, с учетом зависимости фазовой функции от волнового числа фотоэлектрона, первой «кислородной» и третьей
содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7]