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.