Научная статья на тему 'Определение ближнего окружения атома Ti  в стеклах и метамиктовых соединениях'

Определение ближнего окружения атома Ti в стеклах и метамиктовых соединениях Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
63
19
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Бугаев Л. А., Фарж Ф., Русакова Е. Б.

Прямые расчеты Ti XANES спектра модельного кристалла CaTiSiO5 выполнены с помощью двух формализмов: полного многократного рассеяния с помощью FEFF 8.2 и формализма, учитывающего процессы фотоэлектронного рассеяния малой кратности. Расчеты позволили выявить энергетическую область, выше первых краевых особенностей, где доминирующую роль играют процессы фотоэлектронного рассеяния атомами первой сферы, что позволило применить процедуру Фурьепреобразования непосредственно к этой области. При этом, в ходе односферного фитинга вклада первой сферы в ?F(R)?, получена высокая точность для средних межатомных Ti O расстояний и координационных чисел атома Ti. В титанитовом стекле и двух модификациях радиационно поврежденного кристалла CaTiSiO5 структурные параметры также определены с помощью односферного фитинга вклада кислородного полиэдра в ?F(R)?. Установлено, что значения структурных параметров в радиационно поврежденных кристаллах занимают промежуточное положение между параметрами кристалла титанита и его аморфной модификации титанитового стекла. При наличии в кристалле короткой титанилавой связи применение схемы односферного фитинга не позволяет получить приемлемую точность определяемых средних значений N1 и R1. В этом случае, применение двухсферного фитинга с тремя варьируемыми параметрами R1.1, R1.2, (2, выполняемого для альтернативных моделей расщепления кислородного полиэдра на две сферы, позволяет выявить адекватную модель расщепления (N1=N1.1+N1.2), получив для нее высокую точность величин радиусов сфер R1.1, R1.2.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Бугаев Л. А., Фарж Ф., Русакова Е. Б.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Determination of Ti coordination environment in glasses and metamicts compounds

The Ti-O distances (R1) and the number of nearest oxygen-atoms (N1) for Ti coordination environment in metamict and glassy CaTiSiO5 and in glassy Na2TiSiO5 are determined by the method proposed in [1] for amorphous compounds, when EXAFS can't be observed. The method is based on the Fourier-transform (FT) analysis of XANES performed for the short k-range (k (1.5-3.0 A-1 and the subsequent fit of the 1-st shell's contribution. The simulations of the Ti-XANES in the two reference crystals CaTiSiO5, Na2TiSiO5, as well as the results of [1], show that for the crystals with the diffused 2-nd and far shells, and all the more better for glasses, the suitable k-interval in the XANES-energies region can be chosen, where the affect of the middle-range order (MRO) and the MS terms on the obtained R1 and N1 values can be neglected, and hence the FT analysis can be applied directly to the experimental XANES. The accuracy of the determined R1 and N1 is illustrated applying the method: i) to the theoretical Ti-O contribution (1-st shell's term) into the Ti-XANES of the reference crystals CaTiSiO5, Na2TiSiO5; ii) to the simulated Ti-XANES, as well as iii) to the experimental Ti-XANES of these references. The modeling of the contribution of the Ti nearest oxygens into the Ti-XANES of glassy CaTiSiO5, Na2TiSiO5 and metamicts CaTiSiO5, performed through a single-shell fit and a subsequent two-shells fit, returns the averaged structural parameters for the O-polyhedron around the ionized Ti-atom and reveals the radial distribution of Ti-O distances for the 1-st shell in amorphous compounds studied, as well as gives access to the estimates for the relative concentrations of the various coordination environments in radiation damaged CaTiSiO5. [1] Bugaev L.A., Sokolenko A.P. et al., Phys.Rev.B, 2002, v.65, 0241051-8.

Текст научной работы на тему «Определение ближнего окружения атома Ti в стеклах и метамиктовых соединениях»

Определение ближнего окружения атома ^ в стеклах и метамиктовых соединениях.

Бугаев Л.А. ([email protected]), Фарж Ф., Русакова Е.Б.

Физический факультет Ростовского государственного университета, 344090,

Ростов-на-Дону, Россия

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время структура ближнего окружения атома Т интенсивно исследуется [1]. Т входит в соединения с различными физическими свойствами- это кристаллы, стекла, радиационно - поврежденные кристаллы. Структура этих соединений представляет большой практический интерес и широко исследуется в задачах физики, геохимии и материаловедения. Разнообразие физических свойств определяется структурой ближнего окружения атома Т в исследуемых соединениях. Поэтому важным является вопрос о числе ближайших соседей или координационном числе атома, а также вопрос о величинах межатомных расстояний и углов связи атомов. Количественное определение этих параметров является важным фактором для установления условий формирования и стабильности данных соединений. Интересующая структурная информация для таких соединений, которые часто являются стеклами или метамиктовыми соединениями, может быть получена из анализа структуры рентгеновских спектров поглощения или ХАББ -спектров. Проблема состоит в том, что для многих из них ЕХАББ - область спектра экспериментально не наблюдается и единственным источником получения структурной информации является их околопороговая область или ХАКЕБ -область. Однако, существующие подходы получения структурной информации из ХАКЕБ носят как правило, непрямой, качественный характер, поскольку величины межатомных расстояний и число соседних атомов обычно оценивается сравнением ХАКЕБ особенностей для неизвестного соединения с характерными особенностями Т ХАКЕБ спектров модельных соединений, родственных данному по химическому составу.

Для количественного определения Т - О расстояния и координационного числа атома Т в титанитах, в данной работе используется метод [2-4], первоначально предложенный для кристаллических минералов и стекол, образованных легкими атомами (2< 20). Метод основан на Фурье-преобразовании ХАКЕБ, на коротком интервале волновых чисел фотоэлектрона, и позволяет выделить вклад атомов первой координационной сферы. Прежде чем применять используемый метод для определения структурных параметров в титанитовом стекле и двух модификациях радиационно - поврежденного кристалла CaTiSiO5 он применен в работе к тестовому, модельному кристаллу CaTiSiO5, для которого имеются дифракционные данные [5,6]. Анализ точности структурных параметров определяемых по ХАКЕБ - спектрам был выполнен в работе для легких атомов, где исследовалось влияние величины межатомного расстояния используемой при расчете фаз и амплитуд на получаемые К и Я, а также влияние на эти фазы величины среднего межатомного потенциала - МТ - нуля. В отличие от соединений, образованных легкими атомами, окружение атома Т в титанитах характеризуется сложным радиальным распределением ближайших атомов О. Поэтому представляет интерес установить возможность и проверить точность количественного

определения параметров структуры ближнего окружения атома Ti в таких соединениях с помощью Ti XANES - спектров.

ПРЯМЫЕ РАСЧЕТЫ Ti XANES СПЕКТРА МОДЕЛЬНОГО КРИСТАЛЛА CaTiSiO5

Исследования, выполненные для ряда модельных соединений [7], образованных легкими атомами показали, что непосредственное применение процедуры Фурье -преобразования к XANES - области, включая первые краевые особенности, не позволяет в дальнейшем получить в ходе фитинга приемлемую точность для величин R и N. Анализ показал, что падение точности определяемых структурных параметров происходит в силу того, что на формирование первых краевых особенностей спектра соединений существенное влияние оказывают процессы однократного рассеяния атомами второй и более далеких сфер. Поэтому для установления роли таких процессов при формировании различных участков XANES - области исследуемых Ti - содержащих соединений были выполнены прямые расчеты Ti XANES - спектра модельного кристалла CaTiSiO5. Расчет выполнялся с помощью двух формализмов: полного многократного рассеяния с помощью FEFF 8.2 и формализма, учитывающего процессы фотоэлектронного рассеяния малой кратности.

Расчеты показали, что для воспроизведения краевых особенностей А и В необходимо учитывать процессы фотоэлектронного рассеяния на двух и близких к линейным трехатомных цепочках. Тогда как пик С (E>5020eV) в основном обусловлен вкладом однократного рассеяния атомами первой координационной сферы, что проиллюстрировано на рис.1, где эксперимент сравнивается с результатами расчетов: 2- расчет в приближении, которое учитывает процессы фотоэлектронного рассеяния на близких к линейным атомных цепочках, начинающихся на ионизированном атоме, 3- вклад первой сферы и 4- вклад процессов многократного рассеяния.

(1) MRO

о(е) = Oat(e)[ 1 + X (е) ] = °at(s)[1 + X (£) + XSS (£) + Хш (£) ] (1)

Х(е) = aexper(s) / oat(e) - 1 _ (2)

Полученный результат позволяет заключить, что в исследуемом Ti XANES -спектре модельного кристалла существует энергетическая область, при формировании которой вкладом процессов рассеяния атомами второй и более далеких сфер можно пренебречь, что позволяет применить процедуру Фурье -преобразования по короткому интервалу непосредственно к этой области (без предварительного исключения MRO - вклада). Поэтому, Фурье - преобразование непосредственно x(k) произведено на достаточно коротком интервале волновых чисел фотоэлектрона: от kmin=3.9 до kmax=5.8 А-1, который соответствует энергетическому интервалу: от ~5010 до 5085 eV в шкале энергий фотона. Этот интервал исключает из рассмотрения пики А и В выбором значения kmin и, в то же время, является подходящим для сильно разупорядоченных соединений т.к. значение kmax достаточно мало.

E (eV)

Рис.1 Экспериментальный Ti XANES спектр кристаллического CaTiSiO5 в сравнении с результатами расчетов: 2-расчет в приближении процессов фотоэлектронного рассеяния малой кратности, 3-вклад первой сферы, 4- вклад процессов многократного рассеяния.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ С ПОМОЩЬЮ ОДНОСФЕРНОГО ФИТИНГА

Для доказательства точности такой процедуры определения структурных параметров в соединениях с достаточно «размытой» первой сферой были проведены модельные расчеты. Рассчитаны теоретические функции, моделирующие вклад первой координационной сферы - хп - вклад двух кислородов (N=2), находящихся на расстоянии R=1.89 А; х12 - вклад четырех кислородов (N=4), находящихся на R=1.99 А. Данные функции обрабатывались с помощью процедуры Фурье -преобразования и подгонки с двумя варьируемыми параметрами: R1 - радиусом сферы и числом атомов в ней N1 на к- интервале kmin=3.9 до kmax=5.8 А-1, который соответствует выявленной энергетической области, где доминирующую роль играют процессы рассеяния атомами первой сферы. Функции хп и х12 были рассчитаны без учета внешних потерь фотоэлектрона и без учета теплового атомного движения (ослабляющего фактора exp(-2RAeff) и exp(-2a2k2)) [8]. Структурные параметры, полученные в результате фитинга представлены в таб.1.

Таблица 1 Структурные параметры, используемые для расчета х- функций формирующих вклад 06- октаэдра в кристалле СаТШО5

Теоретическая функция х фитинг N (число ближайших кислородов ) Я1 (ТьО - расстояние), А

дифракция[ ] дифракция[ ]

Х1.1 (Ть 2 кислорода) Одно сферный 2 1.99 1.89 1.890

Х1.1(ТМ кислорода) Одно сферный 4 3.99 2.02 2.016

Х1(Ть6 кислородов) = Х1.1+Х 1.2 Одно сферный 6 6.00 1.98 1.985

Двух сферный N1.1 = 2 N1.2 = 4 Не варьир. Я1.1= 1.89 Я1.2= 2.02 1.893 2.022

В то же время, Фурье - преобразование теоретических функций хп и х12, домноженных на фактор Б', и последующий фитинг с тремя варьируемыми параметрами К, Я, а2, позволяет получить значения Я и N такие же как в таб. 1 , и используемое значение параметра а . Как можно видеть, значения Я1 и К1, получаемые при такой обработке теоретических вкладов с высокой точностью совпадают с используемыми в расчете дифракционными данными.

Перед тем как применять используемый метод для определения структурных параметров в титанитовом стекле и двух модификациях радиационно -поврежденного кристалла CaTiSiO5 с его помощью определено Ть О расстояние и число ближайших атомов, координирующих Т в модельном кристалле CaTiSiO5, для которого имеются надежные дифракционные данные. Согласно дифракционным данным [5] атом Т в кристалле координируется шестью атомами кислорода, расположенными на расстояниях от 1,87 до 2,04 А.

Выделенный из экспериментального ХА№^ - спектра кристаллического CaTiSiO5 вклад первой координационной сферы в | | был подогнан с помощью БЕБЕ^ в Я - пространстве с тремя варьируемыми параметрами: К, Я, а2 при фиксированных значениях спектроскоп фактора - S02 = 0.8 и конечной длины пробега фотоэлектрона - ^еа{к), рассчитываемой по формуле ( 3 ),

1 / Аег = 0.2625 ^г / к + 1 / (3)

к = д/0,2625 (Е - Емт ) (4)

при этом для определения величины ^е1 использовались данные, согласно которым на интересующем нас энергетическом интервале величина ^е1 является практически постоянной и равна ~6

-7А. Адекватность полученного в ходе фитинга значения а проверялось по известной для данного соединения величине координационного числа, которая также определялась в ходе фитинга. На рис.2 представлены модуль Фурье-преобразования функции х(к), выделенной из эксперимента, в сравнении с результатами подгонки выполненной на основе односферной модели. При этом значения структурных параметров следующие: К1=6.1; Я1=1.99 А и а2 =0.005 А2, что согласуется с имеющимися дифракционными данными.

М Е )

Рис.2 Модуль Фурье преобразования функции х(Ю, выделенной из эксперимента, в сравнении с результатами подгонки выполненной на основе односферной модели.

Для установления структуры ближнего окружения атома Т в титанитовом стекле и двух модификациях радиационно - поврежденного кристалла CaTiSiO5 проводилась односферная подгонка выделенного из эксперимента вклада первой сферы в |Б(г)|, с фиксированным значением параметра взятого как в модельном

• • 2 А 2

кристалле CaTiSiO5, т.е. а =0.005 А . Кроме того, сопоставление экспериментальных Т -XANES спектров в кристалле, стекле и радиационно- поврежденных кристаллах показывает совпадение краев с точностью до 1 еУ, что позволяет для титанитового стекла и двух модификаций радиационно - поврежденного кристалла использовать значение Емт полученное для кристалла титанита. Мы также использовали значение параметра S0 = 0.8 и конечной длины пробега фотоэлектрона - ^еа(к), как для модельного кристалла титанита. Структурные параметры, полученные в результате односферной подгонки представлены в таб 2.

Таблица 2 Структурные параметры координационного окружения атома ^ в аморфных модификациях CaTiSiO5, определенные в ходе односферного фитинга.

R1 (Ti - O), Â N1 R - factor

CaTiSiO5- кристалл 1.99 6.1 0.005

титанитовое стекло CaTiSiO5 1.95 4.9 0.001

1-я модификация радиационно-поврежденного кристалла (метамиктовый-Egansville) 1.98 5.75 0.005

1-я модификация радиационно-поврежденного кристалла (метамиктовый- Ontario) 1.97 5.57 0.002

Результаты односферного фитинга позволили установить, что в титанитовом стекле атом Ti координирован пятью атомами кислорода, расположенными на среднем межатомном Ti - O расстоянии 1,95А. На рис.2 представлены модуль Фурье - преобразования функции x(k), выделенной из эксперимента, в сравнении с результатами подгонки выполненной на основе односферной модели. Для первой модификации радиационно - поврежденного кристалла получены следующие значения структурных параметров N=5,75, R=1,98 А, а для второй модификаци N=5,57; R=1,97A. Как можно видеть значения структурных параметров кислородного полиэдра в радиационно-поврежденных кристаллах занимают промежуточное положение между параметрами кристалла титанита и его аморфной модификации титанитового стекла. Полученные дробные значения координационных чисел в двух модификациях радиационно-поврежденного кристалла свидетельствуют о наличии смешивания двух различных типов координаций атома Ti в этих соединениях. А именно, координации CN=6 и CN=5, что подтверждается данными анализа предкраевых областей спектров этих соединений.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ С ПОМОЩЬЮ ДВУХСФЕРНОГО ФИТИНГА

Результаты односферной подгонки могут быть использованы как основа для дальнейшего уточнения структурных параметров соответствующих кислородному полиэдру, координирующему атом Ti в титанитах. В исследуемых Ti - содержащих соединениях радиальное распределение Ti - O расстояний кислородного полиэдра вокруг атома Ti является достаточно сложным. Тем не менее, это распределение может быть представлено в виде суммы двух или более групп атомов, находящихся на некотором расстоянии от Ti. Следовательно, атомы кислорода каждой из групп могут рассматриваться как отдельные подсферы. Число таких сфер может быть 2 или 3. Однако, мы ограничимся 2-х сферной моделью расщепления, чтобы с одной стороны идентифицировать основные группы атомов, а с другой стороны не увеличивать значительно число варьируемых параметров.

Для установления точности структурных параметров, определяемых в ходе двухсферной подгонки были выполнены модельные расчеты. А именно, рассчитана теоретическая функция х1 =Хи+Хи- моделирующая вклад кислородного октаэдра. Для проведения двухсферного фитинга использовались альтернативные модели расщепления кислородного полиэдра на две подсферы, так, что число атомов в каждой подсфере являлось фиксированным, а варьируемыми параметрами для каждой модели являлись радиусы подсфер Я11 и Я12, а также общая для каждой подсферы величина а2. Рассматривались следующие модели расщепления кислородного полиэдра: 2-4, 1-5, 3-3, сравнение проводилось по величине подгоночного Я - фактора. Такой анализ показал, что наилучшую подгонку дает модель 2-4. В последней строке таблицы 1 представлены значения Я1.1 и Я12 , полученные с использованием двухсферной модели (первая подсфера - вклад Хп, вторая - вклад Х12 ) К11=2, N^=4. Двухсферная подгонка вклада первой сферы позволила не только проиллюстрировать точность определяемых параметров, но и выделить действительную модель расщепления кислородного полиэдра, среди прочих.

При анализе первой координационной сферы в модельном кристалле CaTiSiO5 были рассмотрены следующие альтернативные модели расщепления кислородного полиэдра: 2-4, 1-5, 3-3. Применение двухсферного фитинга с тремя варьируемыми параметрами Я1;1, Я12 и а , для каждой из моделей, позволило получить следующие

результаты: два атома кислорода на расстоянии 2,04 А , четыре на расстоянии 1,93 А

22

, параметр а =0,0025 А . Полученное значение структурных параметров находится в хорошем согласии с имеющимися дифракционными данными [5,6].

Выполненный анализ точности двухсферного фитинга позволяет перейти к определению характера расщепления кислородного полиэдра в титанитовом стекле. При анализе первой координационной сферы в титанитовом стекле были рассмотрены следующие модели расщепления кислородного полиэдра: 1-4, 2-3. Применение двухсферного фитинга с тремя варьируемыми параметрами Я1;1, Я12 и а2, для каждой из моделей, позволило получить следующие результаты:; для модели 1-4 - один атом кислорода на расстоянии 1.85 А , четыре на расстоянии 1.97 А , параметр а2=0,0022А2, данное значение а2 находится в согласии с ожидаемым значением для двухсферного фитинга, полученным для модельного кристалла CaTiSiO5(а2=0,0025 А2). При подгонке с использованием модели 2-3, было получено нефизическое отрицательное значение параметра а . Результаты фитинга свидетельствуют о том, что в стекле CаTiSiO5 отсутствуют короткие титаниловые связи, расстояние для такой ^ ^ пары, как правило, на 0,3 А короче расстояний для основной группы атомов. Обнаружение титаниловых связей является актуальной задачей координационной химии, т. к. физико - химические свойства рассматриваемого класса соединений определяется, во многом, наличием или отсутствием таких связей. Моделирование вклада кислородного полиэдра в состав которого входит короткая титаниловая связь показывает, что применение схемы односферного фитинга не позволяет получить, в этом случае, приемлемой точности для среднего значения радиуса такого полиэдра и полного числа атомов, содержащихся в нем. К кристаллам такого типа относится кристалл натисита. В соответствии с дифракционными данными атом ^ в кристалле натисита координирован пятью атомами кислорода: один на коротком расстоянии Я1;1=1.695 А и четыре на расстоянии Я12=1.99 А.

При определении Т - О расстояния и координационного числа атома Т в кристаллическом №2^8Ю5 применялась двухферная модель расщепления кислородного полиэдра. Рассматривались следующие альтернативные модели расщепления кислородного полиэдра 1-4 , 2-3 - что соответствует координации 5 и модели 1-3 и 2-2 - что соответствует координации 4. Результаты фитинга показали что, только для модели 1-4 полученное значение параметра а является физическим и соответствует ожидаемой величине, установленной в ходе модельных расчетов. Применение двухсферного фитинга, с тремя варьируемыми параметрами Я1;1 Д1;2,а2, выполненного для каждой из рассматриваемых моделей, позволило выявить действительную модель расщепления среди возможных, получив для нее достаточную точность величин радиусов сфер. На рис.3 представлены модуль Фурье - преобразования функции х(к), выделенной из эксперимента, в сравнении с результатами подгонки выполненной на основе двухсферной модели.

0 2 4 6 8 10

R ( Е )

Рис.3 Модуль Фурье преобразования функции x(k), выделенной из эксперимента, в сравнении с результатами подгонки выполненной на основе двухсферной модели.

При этом значения структурных параметров следующие: 1 атом на расстоянии R1;1=1.73 А , 4 атома на расстоянии R12=1.96 А, что согласуется с имеющимися дифракционными данными.

Применение такой схемы позволило для кристалла определить значения структурных параметров в хорошем соответствии с имеющимися дифракционными данными, это в свою очередь, позволило перейти к определению структуры ближнего окружения атома Ti в натиситовом стекле.

Для натиситового стекла в рамках двухсферной модели рассматривались альтернативные модели расщепления кислородного полиэдра, координирующего атом Ti.:1-4, 2-3, 1-3, 2-2. Наилучший фитинг (сравнение проводилось по параметру невязки, а также по величине а ) получен для модели: N11=1, N12=4. На рис.3 представлены модуль Фурье - преобразования функции x(k), выделенной из эксперимента, в сравнении с результатами подгонки выполненной на основе двухсферной модели. При этом значения структурных параметров следующие: 1 атом на расстоянии R1;1=1.70 А , 4 атома на расстоянии R12=1.95 А. Как можно видеть, в аморфных титанитах и натиситах совпадение | F(R) | за пределами области подгонки оказывается гораздо лучше, чем в кристалле, что еще раз подтверждает малость влияния MRO - вклада в исследуемых аморфных соединениях и обосновывает применение процедуры Фурье - преобразования непосредственно X(k) , выделенной из эксперимента.

Из таб.2 видно, что структурные параметры, полученные в результате односферного фитинга, для двух модификаций радиационно - поврежденного кристалла CaTiSiO5 занимают промежуточное положение между структурными параметрами кристалла и его аморфной модификации титанитового стекла. Следовательно, можно предположить, что в данных кристаллах а том Ti имеет смешанную координацию, т.е. часть атомов координированна 5 атомами кислорода, а часть 6 атомами. Такое предположение подтверждается анализом предкраевых особенностей, свидетельствующих о присутствии двух типов координаций в этих соединениях.

Анализ ассиметрии пика в | F(R) | этих соединений, выполненный в рамках данного метода с использованием модели двухсферного фитинга позволил оценить относительную концентрацию. При этом моделирование функции х -результирующего вклада в XANES от двух полиэдров соответствующих двум возможным типам координации осуществлялось на основе формулы (4),

X(k) = C XcN1(k) + (1-C) XcN2(k) (5)

,где XCN1 - вклад в первую сферу кислородного полиэдра с N1=6, С -концентрация таких атомов, xCN2 - вклад в первую сферу кислородного полиэдра с N2=5

Двухсферная подгонка проводилась с фиксированными значениями N1=6, N2=5, с «односферным» значением а2=0.005 А2 и варьируемыми С, R1, R2. Результаты фитинга показали, что концентрация атомов Ti с координацией =6 =77% и 57% для первой и второй модификации, соответственно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные исследования позволили установить, что для исследуемых Ti K-XANES спектров модельных кристаллов существует энергетическая область выше первых краевых особенностей, которая формируется в основном атомами кислорода, координирующими атом Ti, что позволяет выполнить фурье - преобразование этой области по соответствующему короткому интервалу волновых чисел фотоэлектрона Ak ~ 2.5 Â- , получив при этом достаточную точность для межатомных Ti - O расстояний и координационных чисел атома Ti. Средние межатомные Ti - O расстояния (R1) и число атомов кислорода (N1) для ближайшего окружения атома Ti в титанитовом стекле и двух модификациях радиационно - поврежденного

кристалла CaTiSiO5 определены с помощью односферного фитинга вклада координирующего кислородного полиэдра в | F(R) |, при использовании двух варьируемых параметров R^ N1s а также величины параметра DW(o2), установленной для родственного по химическому составу кристаллу CaTiSiO5. Устойчивость полученных значений, как и использованного значения о , подтверждена результатами фитинга с варьируемыми R1,N1,o2. Установлено, что величины структурных параметров R1,N1 для радиационно - поврежденных кристаллов CaTiSiO5 занимают промежуточное положение между соответствующими параметрами для кристалла и для его аморфной модификации -титанитового стекла. Если разброс Ti -O расстояний в координирующем кислородном полиэдре превышает ~0.25 А (наличие коротких титаниловых связей в кристалле натисита - Na2Ti SiO5), то односферный фитинг вклада этого полиэдра в | F(R) |, полученного в результате FT XANES, не позволяет получить приемлемую точность определяемых средних значений N1 и R1. В этом случае, применение двухсферного фитинга с тремя варьируемыми параметрами R11, R12, о , выполненного для альтернативных моделей расщепления кислородного полиэдра на две сферы, позволяет выявить адекватную модель расщепления (N1=N11+N12), получив для нее высокую точность величин радиусов сфер R11, R12. Применение двухсферного фитинга к вкладу в |f(R) | от кислородного полиэдра, координирующего атом Ti в стекле Na2TiSiO5 позволило установить, что в этом аморфном соединении атом Ti окружен одним атомом кислорода на Ti -O расстоянии R11=1.70 А (наличие титаниловых связей) и четырьмя атомами кислорода на R12=1.95 А. Для различных модификаций радиационно -поврежденного кристалла CaTiSiO5 со смешанным типом координации атома Ti , применение двухсферного фитинга результирующего вклада в | F(R) | от двух кислородных полиэдров, соответствующих двум типам смешанных координаций, позволило определить концентрации таких координаций. (При этом каждая из сфер в фитинге должна соответствовать определенной координации атома Ti, с учетом ее концентрации.).

ЛИТЕРАТУРА

1. Farges F., Brown G.E., Jr., Rehr J.J. Ti K-edge XANES studies of Ti coordination and disorder in oxide compounds: Comparison between theory and experiment. // Physical Review B, 1997, v. 56. Р. 1809-1819.

2. Bugaev L.A.,Ildefonce Ph.,A.-M.Frank,Sokolenko A.P.,Dmitrienko H.V. Determination of interatomic distances and coordunation numbers by K-XANES in crystalline minerals with distorted local structure. // UK,J.Phys.: Condens.Matter, 2000,v.12.

3. Bugaev L.A.,Sokolenko A.P.,Dmitrienko H.V.,Flank A.M. Fourier-filtration of XANES as a source of quantitative information of interatomic distances and coordination numbers in crystalline minerals and amorphous compounds. // Phys.Rev.B,2002,1 Jan.

4. Bugaev L.A.,Vedrinskii R.V.,Levin I.G.,Airapetian V.M. Crystalline potential for photoelectron scattering phase-shifts calculations and X-ray absorption spectra of Ti in crystals .//UK,J.Phys.:Condens.Metter.1991,v.3,p.8967-8979.

5. Taylor M and Brown GE Jr High-temperature structural study of the P21/a=A2/a phase transition in synthetic titanite, CaTiSiO5. // Amer. Mineral1976. 61, 435-44.

6. Speer J A and Gibbs G V The crystal structure of synthetic titanite, CaTiOSiO4, and the domain textures of natural titanites. // Amer. Mineral 1976. 61 238-47

7. Bugaev L.A.,Ildefonce Ph.,A.M.Frank,Sokolenko A.P.,Dmitrienko H.V. Aluminum K-XANES spectra in minerals as a source of information on their local atomic structure. //UK,J.Phys.:Condens.Matter,1998,v.10,p.5463-5473.

8. Bugaev L.A.Shuvaeva V.A.,Zhuchkov K.N.,Rusakova E.B.,Vedrinskii R.V. The temperature dependence for the 3-rd shell's Fourier-peak of Nb EXAFS in KNbO3 as addition source of information on the local atomic structure. //UK,J.Synchrotron Rad.,2001,v.8,p.308-310.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.