Локальная структура магнетита и цирконатов типа перовскита по данным рентгеновской спектроскопии рассеяния и поглощения
Диссертация
Научная новизна. В работе впервые: проведены расчеты методом полного многократного рассеяния интенсивностей серии рефлексов резонансного рассеяния вблизи Ккрая поглощения Бе в кристалле магнетитаколичественно оценены величины зарядовой диспропорции ионов железа в октаэдрических позициях магнетита в низкотемпературной фазе на основе прямых численных расчетов тензора амплитуды рассеянияпредложена… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. Взаимодействие излучения с веществом
- ГЛАВА 2. Исследование зарядового упорядочения в магнетите методом рентгеновской резонансной дифракции
- 2. 1. Постановка задачи
- 2. 2. Фазовый переход диэлектрик — металл
- 2. 3. Структура типа шпинели
- 2. 4. Анализ Вервье модели: порядок-беспорядок (обзор)
- 2. 5. Низкотемпературная структура магнетита
- 2. 6. Прогресс в описании зарядового упорядочения
- 2. 7. Чувствительность методов рентгеновской спектроскопии вблизи К краев поглощения к зарядовому упорядочению в кристаллах
- 2. 8. Резонансное рассеяние
- 2. 9. Получение экспериментальных данных Линия ХМАБ Европейского синхротронного центра
- 2. 10. Эффекты, влияющие на атомную амплитуду резонансного рассеяния. Чувствительность атомной амплитуды рассеяния к изменению локальной атомной и электронной структуры
- 2. 11. Чувствительность рефлексов к зарядовому упорядочению
- 2. 12. Детали расчета
- 2. 13. Расчеты спектральных интенсивностей рефлексов
- 2. 14. Критерии оптимизации теоретических спектров
- 2. 15. Анализ полученных результатов
- ГЛАВА 3. Исследование локальной атомной структуры ВаХгОз и PbZrOз методом рентгеновской спектроскопии поглощения
- 3. 1. Метод рентгеновской спектроскопии поглощения
- 3. 2. Анализ предкраевой тонкой структуры К спектров поглощения иона В в кристаллах АВОз со структурой перовскита
- 3. 3. Цирконаты. Постановка задачи
- 3. 4. Получение экспериментальных спектров поглощения для вагюз и рьгю
- 3. 4. 1. Регистрация спектров рентгеновского поглощения. Описание линии ВМЗОЬ Европейского синхротронного центра
- 3. 4. 2. Предварительный анализ экспериментальных спектров
- 3. 5. Метод расчета
- 3. 5. 1. Метод полного многократного рассеяния
- 3. 5. 2. Построение кластерного потенциала
- 3. 6. Расчет и интерпретация К-спектров поглощения циркония в ВаггОз и РЬгЮз
- 3. 6. 1. К- спектры поглощения Ъх в Ва2Юз
Список литературы
- Coey J.M.D., Berkowitz A.E., Balcells L., Putris F.F., Parker F.T. Magnetoresistance of magnetite // Appl. Phys. Lett. — 1998. — Vol. 72, — P. 734.
- Verwey, E.J.W. Electronic conduction of magnetite (Fe304) and its transition point at low temperature // Nature. 1939. — Vol. 144, — P. 327−328.
- Garcia J., Subias G. The Verwey transition a new perspective // J. Phys.: Condens. Matt. — 2004. — Vol. 16, — P. 145−178.
- Novak P., Stepankova H., Englich J., Kohout J., Brabers V.A.M. NMR in magnetite below and around the Verwey transition // Phys. Rev. B. 2000. -Vol. 61,-P. 1256 — 1260.
- Mizoguchi M. Charge and Orbital Ordering Structure of Рез04 in the Low-Temperature Phase as Deduced from NMR Study // J. Phys. Soc. Jpn 2001. -Vol. 70, — P. 2333 — 2344.
- Berry F. J., Skinner S., Thomas M.F. 57Fe Mossbauer spectroscopic examination of a single crystal of Fe304 // J. Phys.: Condens. Matter. 1998. -Vol. 10,-P. 215 -220.
- Templeton D., Templeton L. Polarized x-ray absorption and double refraction in vanadil bisacetylacetonate// Acta. Cryst. A. 1980. — Vol. 36, — P. 237 -241.
- Беляков B.A., Дмитриенко B.E. Поляризационные явления в рентгеновской оптике // Успехи физических наук. 1989. Т. 158. — № 4. -С. 679.
- Dmitienko V.E. Anisotropy of x-ray susceptibility and Bragg reflections in cubic crystals //Acta. Cryst. A. 1984. — Vol. 40, — P. 89 — 95.
- Radaelli P. G., Cox D. E., Marezio M., Cheong S-W. Charge, orbital, and magnetic ordering in Lao.5 Cao.5 Mn03 // Phys. Rev. B. 1997. — Vol. 55, — P. 3015 — 3023.
- Mori S., Chen C.H., Cheong S.-W. Pairing of charge-ordered stripes in (La, Ca) Mn03// Nature. 1998. — Vol. 392, — P. 473−476.
- Bragg W.H. The structure of magnetite and the spinels // Nature. 1915. -Vol. 95,-P. 561.
- Rooksby H.P., Willis B.T.M. The low-temperature crystal structure of magnetite // Acta. Cryst. 1953. — Vol. 6, — P. 565 — 566.
- Smiltens J. The Growing of Single Crystals of Magnetite // J. Chem. Phys. -1952.-Vol. 20, P. 990 — 994.
- Bickford L.R., Jr. Ferromagnetic Resonance Absorption in Magnetite Single Crystals // Phys. Rev. 1950. — Vol. 78, — P. 449 — 457.
- Calhoun B.A. Magnetic and Electric Properties of Magnetite at Low Temperatures // Phys. Rev. 1954. — Vol. 94, — P. 1577 — 1585.
- Abrahams S.C., Calhoun B.A. The low-temperature transition in magnetite // Acta. Cryst. 1953. — Vol. 6, — P. 105 — 106.
- Hamilton W.C. Neutron Diffraction Investigation of the 119 K Transition in Magnetite // Phys. Rev. 1958. — Vol. 110, — P. 1050 — 1057.1. A
- Ito A., Ono K., Ishikawa Y. A Study of the Low Temperature Transition in Magnetite // J. Phys. Soc. Jpn. 1963. — Vol. 18, — P. 1465 — 1473.
- Yamada T., Suzuki K., Chikazumi S. Electron microscopy of orthorhombic phase in magnetite //Appl. Phys. Lett. 1968. — Vol. 13, — P. 172 — 174.
- Shirane G., Chikazumi S., Akimitsu J., Chiba K., Matsui M., Fujii Y. Neutron Scattering from Low-Temperature Phase of Magnetite // J. Phys. Soc. Jpn 1975. — Vol. 39, — P. 949 — 957.
- Yoshida J., Iida S. X-Ray Diffraction Study on the Low Temperature Phase of Magnetite // J. Phys. Soc. Jpn. 1977. — Vol. 42, — P. 230 — 237.
- Iizumi M., Shirane G Crystal symmetry of the low temperature phase of magnetite // Solid State Commun. 1975. Vol. 17, — P. 433 — 436.
- Yoshida J., Iida S. X-Ray Study of the Phase Transition in Magnetite // J. Phys. Soc. Jpn. 1979. — Vol. 47, — P. 1627 — 1633.
- Zuo J.M., Spence J.C.H., Petuskey W. Charge ordering in magnetite at low temperatures // Phys. Rev. B. 1990. — Vol. 42, — P. 8451 — 8464.
- Iizumi M., Koetzle T. F., Shirane G., Chikazumi S., Matsui M., Todo S. Structure of magnetite (Fe304) below the Verwey transition temperature // Acta. Cryst. B 1982. — Vol. 38, — P. 2121 — 2133.
- Wright J.P., Attfield J. P, Radaelli P.G. Long range charge ordering in magnetite below the Verwey transition // Phys. Rev. Lett. 2001. — Vol. 87, -P. 266 401.
- Woodward P. M., Cox D.E., Moshopoulou E., Sleight A.W. Structural studies of charge disproportionation and magnetic order in CaFe03 // Phys. Rev. B. 2000. — Vol. 62, — P. 844 — 855.
- Karen P., Woodward P.M., Linden J., Vogt T., Studer A., Fischer P. Verwey transition in mixed-valence TbBaFe205: Two attempts to order charges // Phys. Rev. B. 2001. — Vol. 64, — P. 214 405.
- Mizoguchi M. NMR Study of the Low Temperature Phase of Fe304. H-Electron Ordering Analysis // J. Phys. Soc. Jpn. 1978. — Vol. 44, -P. 1512 -1520.
- Anderson P.W. Ordering and antiferromagnetism in ferrites // Phys. Rev. -1956.-Vol. 102,-P. 1008.
- Cullen J. R., Callen E. Band Theory of Multiple Ordering and the Metal-Semiconductor Transition in Magnetite // Phys. Rev. Lett. 1971. — Vol. 26, -P. 236−238.
- Mott N.F. Metal-Insulator Transitions // Philos. Mag. B 1980. — Vol. 42, — P. 327.
- Garcia J., Subias G., Proietti M.G., Blasco J., Renevier H., Hodeau J.L., Joly Y. Absence of charge ordering below the Verwey transition temperature in magnetite // Phys. Rev. B. 2001. — Vol. 63, — P. 54 110.
- Westre Т.Е., Kennepohl P., DeWitt J. G., Hedman В., Hodgson K.O., Solomon E.I. A multiplet analysis of Fe K-edge ls→3d pre-edge features of Iron complexes // J. Am. Chem. Soc. 1997. — Vol. 119, — P. 6297 — 6314.
- Grush M.M., Cristou G., Hamalainen K., Cramer S.P. Site-selective XANES and EXAFS: a demonstration with manganese mixtures and mixed-valence complexes // J. Am. Chem. Soc. 1995. — Vol. 117, — P. 5895 — 5896.
- Glatzel P., Jacquamet L., Bergmann U., de Groot F.M.F, Cramer S.P. Site-selective EXAFS in mixed-valence compounds using high-resolution fluorescence detection: a study of Iron in Prussian blue // Inorg. Chem. -2002.-Vol. 41,-P. 3121 -3127.
- Gibbs D., Moncton D.E., D’Amico K.L. Magnetic x-ray scattering studies of the rare-earth metal holmium // J. Appl. Phys. 1985. — Vol. 57, — P. 36 193 622.
- Dmitienko V.E., Ovchinnikova E.N., Ishida K. X-ray spectroscopy of thermally distorted electronic states in crystals // Pis’ma Zh. Exp. Teor., Fiz. 1999.-Vol. 69,-P. 885.
- Dmitienko V.E., Ovchinnikova E.N. Resonant X-ray diffraction: 'forbidden' Bragg reflections induced by thermal vibrations and point defects // Acta. Cryst. A. 2000. — Vol. 56, — P. 340 — 347.
- Дмитриенко B.E., Овчинникова E.H. Резонансная дифракция рентгеновского излучения в кристаллах: новый метод исследованияструктуры и свойств материалов // Кристаллография. 2003. Т. 48. — № 6. -С. S1-S19.
- Hedin L., Lundqvist S. Effects of electron-electron and electron-phonon interactions on the one-electron states of solids // Solid State Physics. 1969. -Vol. 23,-P. 23.
- Jeng H .T. Guo G.Y., Huang D.L. Charge-orbital ordering and Verwey thansition in magnetite// Phys. Rev. Lett. -2004. -Vol. 93, -P. 156 403
- Leonov I., Yareshko A.N., Antonov V.N., Korotin M.A., Anisimov V.I. Charge and orbital order in Fe304// Phys. Rev. Lett. -2004. -Vol. 93, -P. 146 404
- Wu Z.Y., Natoli C.R., Marcelli A., Paris E., Seifert F., Zhang J., Liu T. Symmetry role on the preedge X-ray absorption fine structure at the metal К edge // J. Synchrotron Rad. 2001. — Vol. 8, — P. 215−217.
- Westre Т. E., Kennepohl P., DeWitt J. G., Hedman В., Hodgson K.O., Solomon E. I. A multiplet analysis of Fe K-edge Is—"3d pre-edge features of iron complexes // J. Am. Chem. Soc. 1997. — Vol. 119, — P. 6297−6314.
- De Groot F. M. F. and Vogel J. Fundamentals of x-ray absorption and dichroism: the multiplet approach / Hippert F., Geissler E.,.Hodeau J.-L, Lelievre-Bema E., Regnard J.-R.- Springer, 2005.
- Ravel B. and Stern E. A. Temperature and Polarization Dependent XANES Measurements on Single Crystal PbTi03 // J. Phys IV. 1997. — Vol. 7, — P. C2−1223.
- Ravel В., Stern Е. A., Yacobi Y., Dogan F. Lead Titanate is not a Classic Case of a Displacive Ferroelectric Phase Transition // Japan. J. Appl. Phys. Suppl. 1993. — Vol. 32−2, — P. 782.
- Ravel B. and Stern E. A. Local disorder and near edge structure in titanate perovskites // Physica B. 1995. — Vol. 208&209, — P. 316 — 318.
- Shuvaeva V. A., Yanagi K, Yagi K., Sakaue K., Terauchi H. Polarized XAFS study of the atomic displacements and phase transitions in KNb03 // J. Synchrotron Radiat. 1999. — Vol. 6, — P. 367 — 369.
- Shuvaeva V. A., Azuma Y., Yagi K., Sakaue K., Terauchi H. Polarized XAFS study of high-temperature phases of NaNb03 // J. Synchrotron Radiat. 2001. -Vol. 8, — P. 833 — 835.
- Jona F., Shirane G., Mazzi F., Pepinsky R. X-Ray and Neutron Diffraction Study of Antiferroelectric Lead Zirconate // Phys. Rev. 1951. — Vol. 105, — P. 849−856.
- Roberts S. Piezoelectric Effect in Lead Zirconate // Phys. Rev. 1951. — Vol. 81,-P. 1078.
- Fujishita H., Hoshino S. A Study of Structural Phase Transitions in Antiferroelectric PbZr03 by Neutron Diffraction // J. Phys. Soc. Jpn. 1984. -Vol. 53,-P. 226−233.
- Whatmore R W., Glazer A. M. Structural phase transitions in lead zirconate //J. Phys. C: Solid State Phys. 1979. — Vol. 12, — P. 1505−1519.
- Гульпо JI., Два фазовых перехода в цирконате свиеца // Физ. Тверд. Тела. 1966 — Том 8, — С. 2469 — 2471.
- Shirane G., Sawaguchi E, Takagi Y. Dielectric Properties of Lead Zirconate // Phys. Rev. 1951. — Vol. 84, — P. 476 — 481.
- Roleder K., Kugel G., Handarek J., Fontana M.D., Carabatos C., Hafid M., Kania A. Raman scattering in PbZri. xTix03 single crystals with low Ticontent and a study of the Ti influence // J. Phys.: Condens. Matter. 1989. -Vol. 1,-P. 2257−2268.
- Petit P. E., Guyot F., Farges F. Thermal Evolution of BaZr03 and SrZr03 Perovskites from 4 K to 773 K: an EXAFS Study at Zr-K Edge // J. Phys IV. 1997.-Vol. 7, — P. C2−1065.
- Comes R., Lambert M., Guinier A. The chain structure of BaTi03 and KNb03 // Solid State Commun. 1968. — Vol. 6, — P. 715−719.
- Joly Y. X-ray absorption near edge structure calculations beyond the muffin-tin approximation // Phys. Rev. B. 2001. — Vol. 63, — P. 125 120 — 125 129.
- Natoli C.R., Misemer D.K., Doniach S., Kutzler F.W. First-principles calculation of x-ray absorption-edge structure in molecular clusters // Phys. Rev. A 1980. — Vol. 22, — P. 1104 — 1108.
- Ankudinov A.L., Rehr J.J. Relativistic calculations of spin-dependent x-ray-absorption spectra // Phys. Rev. B. 1997. — Vol. 56, — P. 1712 — 1716.
- Brouder Ch., Alouani M., Bennemann K. H. Multiple-scattering theory of x-ray magnetic circular dichroism: Implementation and results for the iron K edge. // Phys. Rev. B. 1996. — Vol. 54, — P. 7334 — 7349.
- Huhne T., Zecha C., Ebert H., Dederichs PH., Zeller R. Full-potential spin-polarized relativistic Korringa-Kohn-Rostoker method implemented and applied to bcc Fe, fee Co, and fee Ni. // Phys. Rev. B. 1998. — Vol. 58, — P. 10 236- 10 247.
- Madsen G.K.H., Blaha P., Schwarz K., Sjostedt E., Nordstrom L. Efficient linearization of the augmented plane-wave method. // Phys. Rev. B. 2001. -Vol. 64,-P. 195 134.
- Taillefumier M., Cabaret D., Flank A.M., Mauri F. X-ray absorption near-edge structure calculations with the pseudopotentials: Application to the К edge in diamond and a-quartz. // Phys. Rev. B. 2002. — Vol. 66, — P. 195 107.
- Ведринский P.B., Новакович A.A. Метод функции Грина в теории электронной структуры примесных центров в металлах. // ФММ. -1975. -Т. 39, С. 7−15.
- Ведринский Р.В., Гегузин И. И. Рентгеновские спектры поглощения твердых тел. / Ведринский Р. В., Гегузин И. И. Москва: Энергоатомиздат. -1991 — 184с.
- Poumellec В., Kraizman V., Aifa Y., Cortes R., Novakovich A., Vedrinskii R. Experimental and theoretical studies of dipole and quadrupole contributions to the vanadium K-edge XANES for V0P04,2H20 Xerogel // Phys. Rev. B. 1998. — Vol. 58, P. 6133−6146.
- Herman F., Skillman S. Atomic Structure Calculation. / Englewood Cliffs. New Jersey: Prentice-Hall. 1963.
- Schwarz K. Optimization of the Statistical Exchange Parameter a for the Free Atoms H through Nb // Phys. Rev. B. 1972. — Vol. 5, — P. 2466.
- Yamasaki K., Soejima Y., Fischer K.F. Superstructure determination of PbZr03 // Acta. Cryst. В 1998. — Vol. 54, — P. 524 — 530.
- Corker D.L., Glazer A.M., Dee J., Roleder K., Whatmore R. W. A reinvestigation of the crystal structure of the perovskite PbZrC>3 by X-ray and neutron diffraction //Acta. Cryst. B 1997. — Vol. 53, — P. 135 — 142.
- Teslic S., Egami T. Atomic structure of PbZr03 determined by pulsed neutron diffraction //Acta. Cryst. B 1998. — Vol. 54, — P. 750 — 765.
- ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:
- Nazarenko Е., Lorenzo J.E., Joly Y, Hodeau J.L., Mannix D., Marin C. Resonant X-ray diffraction studies on the charge ordering in magnetite// Phys. Rev. Lett. -2006 Vol. 97, -P. 56 403
- Vedrinskii R.V., Nazarenko E.S., Lemeshko M.P., Nassif V., Proux O., Novakovich A.A., Joly Y. Temperature dependent XAFS studies of local atomic structure of the perovskite-type zirconates// Phys. Rev. B. -2006 Vol. 73, -P. 134 109
- Joly Y., Nazarenko E., Lorenzo E. Study of charge ordering by resonant diffraction//Acta Cryst -2006 Vol. A62, -P. s66
- Lorenzo J.E., Joly Y., Nazarenko E., Hodeau J.L., Marin C., Mannix D. Charge ordering in magnetite// XmaS Newsletter -2004 -P. 9
- Lorenzo J.E., Joly Y., Nazarenko E. Charge Ordering as seen by RXS// International Workshop on Resonant X-ray Scattering in Electrically-ordered Systems, 12−13 February 2004, Grenoble, France. Abstracts. -P. 52
- Vedrinskii R., Nazarenko E., Lemeshko M., Proux O., Nassif V.,