Struktura
ve třech i více dimenzích
V.Petříček a M.Dušek
Fyzikální ústav AVČR
v.v.i., Cukrovarnická 10, 162 00 Praha 6
petricek@fzu.cz
Strukturní analýza založená na interpretaci difrakčních obrazu je tradiční a stále nejšířeji používanou metodou pro stanovení atomární struktury
krystalických látek. K pokusům o zjištění struktury krystalických látek docházelo
od začátku dvacátého století a brzy byly zaznamenány první velké úspěchy. Obor
se postupně vyvíjel a po druhé světové válce zaznamenal skutečný rozmach, který
souvisel s nástupem samočinných počítačů. Jedním z nejvýznamnějších
pokroků byl objev řešení fázového problému tzv. přímými metodami, což později umožnilo
řešit mnohé krystalové struktury v automatickém režimu. S postupným
rozvojem výpočetní techniky se pak stává krystalová strukturní analýza běžných
látek naprosto standardní metodou.
Postupně se však ukázalo, že řada nových látek s významnými fyzikálními
vlastnostmi základnímu řešícímu schématu nevyhovují. To je velmi často spojeno
se skutečností, že vlastnosti krystalu jsou výsledkem fázových přechodů, které
vedou k porušení základní vlastnosti krystalu, tj. dokonalé trojrozměrné translační
symetrie v reálném prostoru. V této
souvislosti mluvíme o tak zvaných „obtížných strukturách“, k jejichž
úplnému popisu je nutno zavést specifické parametry. Obtížné struktury lze
v zásadě rozdělit do tří oblastí:
·
Struktury,
které vykazují buď lokální či globální porušení stavebního principu výstavby
krystalu. V prvním případě se jedná o různé formy neuspořádanosti
v rámci koherentní oblasti, ve druhém případě pak o koexistenci více
současně difraktujících domén.
·
Struktury,
pro které nedostačuje standardní popis pomocí frakčních souřadnic atomů a
parametrů atomových výchylek v harmonickém přiblížení. Do této skupiny
patří látky vykazující měřitelné vazebné efekty a látky s anharmonickými
projevy.
·
Struktury,
které vykazují dodatečné difrakční efekty a to jak diskrétního, tak i difuzních
charakteru. Pro první skupinu látek lze ztracenou translační symetrii nahradit
zobecněnou symetrií ve výše dimenzionálních prostorech [1].
Hlavním cílem přednášky je ukázat, jak mohou být řešeny různé obtížné
struktury systémem programů Jana2006 [2]. Pro obtížné struktury prvního typu budou
prezentovány specifické nástroje, jako jsou popis částí struktury s pomocí
tuhých molekulárních celků nebo aplikace principu dvojčatění při zpracování
měřených dat, řešení a upřesnění krystalové struktury. Pro druhou skupinu
ukážeme, jak je lze rozšířit základní soubor parametrů struktur a jaké nové
informace můžeme získat z takové analýzy.
Řešení třetí skupiny látek, modulovaných struktur, se nejvíce liší od standartních krystalografických postupů. I zde se však řada látek postupně posouvá do kategorie struktur méně obtížných, zejména díky možnosti řešit modulované a kompozitní struktury programem Superflip [3]. Přesto plný popis modulované struktury a její interpretace je stále ještě poměrně obtížný problém. V této souvislosti ukážeme i nové možnosti aplikace superprostorového popisu na řešení magnetických struktur [4],[5].
[1]
de Wollf, P.M., Janssen T.
& Janner, A. (1981). Acta Cryst., A37, 625-636.
[2]
Petříček, V., Dušek M. &
Palatinus, L. (2006). Jana2006. The
crystallographic computing system.
[3]
Palatinus, L. and Chapuis, G.
(2007). J. Appl. Cryst. 40, 786-790.
[4]
Petříček, V.,
Fuksa, J. & Dušek, M. (2010). Acta Cryst. A66, 649–655.
[5]
Perez-Mato,
J. M., Ribeiro, J. L., Petříček, V. & Aroyo, M. I. (2012). J.Phys. Condensed Matter, 24, 163201.