Учёные Самарского политеха разработали новый подход к анализу кристаллических структур

Сотрудники международного научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению (МНИЦТМ) доказали, что топологический подход (с его помощью описывают и прогнозируют способы превращения химических объектов – атомов, молекул, кластеров – в более сложные архитектуры) может быть вполне эффективен при анализе атомных подрешёток в боридах, карбидах, нитридах и силицидах металлов. Свои наблюдения учёные описали в журнале Королевского химического общества CrystEngComm (doi: 10.1039/D4CE01009D). Статью включили в список наиболее интересных статей, опубликованных за последний квартал.

«Мы показали, что топологический подход может быть применён не только к связанным частям кристаллических структур, но и к атомным подрешёткам, которые обычно анализируются как наборы точек геометрическими методами», – рассказывает старший научный сотрудник МНИЦТМ Инна Медриш.

Учёные проанализировали топологические типы – тот «рисунок», который образует «периодическая сетка». Изучены целые кристаллические структуры и несвязанные неметаллические подрешётки. В итоге команда пришла к выводу, что даже геометрически искаженные мотивы (причин искажений может быть много: химическая природа атомов, условия синтеза, последующее воздействие на вещество давлением и/или температурой и пр.) могут быть отнесены к одному и тому же типологическому типу, одновременно могут быть найдены связи между различными типами структур. Это важное преимущество предлагаемого подхода. Более того, возможные симметрии искажённых мотивов могут быть предсказаны на основе наиболее симметричной подрешётки. Для оценки искажения подрешётки учёные предложили новый параметр, который также можно рассматривать как меру однородности подрешётки.

«Предположим, вещество образовано двумя сортами атомов: металлом и неметаллом, – поясняет Инна Медриш. – Все атомы в структуре образуют кристаллическую решётку, а отдельно взятые атомы (металла или неметалла) – подрешётки. Мы рассматривали частный случай, когда подрешётка образована из несвязанных друг с другом атомов неметаллов. Такая подрешётка будет однородной (или равномерной), если все образующие ее атомы находятся друг от друга на одинаковом расстоянии».

Политеховские учёные выяснили, что в большинстве случаев подрешётки неметаллических атомов обладают высокой однородностью. Это объясняется тем, что отрицательно заряженные атомы располагаться как можно дальше друг от друга. Критерий однородности может быть использован для суждения о структурной роли атомов подрешётки, которые могут предопределять архитектуру всего вещества.

Фото:  пресс-служба Самарского политеха