Применение фрагментарной модели для исследования атомной структуры халькогенидного стекла As2S3
Лихач Надежда Ивановна
Воронежский государственный университет

Научный руководитель: Алейникова Ксения Борисовна, к.ф.-м.н.

Цель данной работы применение фрагментарной модели для анализа структуры халькогенидного стекла As2S3. Данный метод моделирования применяется для многокомпонентных материалов с преимущественно ковалентным типом связи. Структура аморфного материала представляется, как сложная мозаика, состоящих из структурных фрагментов всех возможных кристаллических фаз, образование которых не противоречит элементарному составу аморфного стекла.

Экспериментальная кривая интенсивности рассеяния подобным образованием представляет собой суммарный эффект рассеяния разными структурными фрагментами, относительное количество которых в данном аморфном веществе неизвестно. Экспериментальная функция радиального распределения атомной плотности (ФРРАП) в таком случае должна сравниваться с суммой ФРРАП отдельных структурных фрагментов. За ФРРАП структурного фрагмента принята расчетная ФРРАП, построенная с помощью метода функций пар атомов [1]. Применение данного метода позволяет не только исключить ошибки, связанные с обрывом экспериментальной кривой, но и полностью использовать кристаллохимические характеристики соединений исследуемой системы при интерпретации ФРРАП. К преимуществам метода можно также отнести и тот факт, что его использование позволяет увидеть, связи какого типа образуют данную координационную сферу и за счет разрыва каких именно связей происходит стеклование в структуре. Кроме того, представленный метод позволяет не проводить дополнительно минимизацию по энергии, так как для построения модельной ФРРА используются кристаллоструктурные данные кристаллического аналога.

В нашей работе для расчета экспериментальной ФРРА использовалось рентгеновское излучение, полученное с использованием медного, молибденового и кобальтового катодов. Были построены интерференционные функции, определенные в соответствии с [2] для всех трех видов излучения, после чего они были приведены к единой шкале .В качестве опорной использовалась интерференционная функция, соответствующая излучению меди (как представляющая наиболее надежные и совпадающие с литературными данными результаты).

Из экспериментальной ФРРАП были получены следующие сведения о ближнем порядке:

  1. Радиусы координационных сфер (наиболее вероятные межатомные расстояния) определенные по положениям максимумов на кривой ФРРАП равны 2,28; 3,52; 4,6; 5,52; 6,6; 7,6; 8,85А

  2. Область упорядочения (дальность корреляции), определяемая по расстоянию, на котором ФРРАП становится неотличимой от своего среднего значения, оказалось порядка 9,5 -10,0А

Из модельной ФРРАП может быть получена следующая информация:

  1. По положениям максимумов на модельной ФРРАП, построенной для структурного фрагмента кристалла аурипигмента определены следующие значения координационных сфер: 2,28; 3,52; 4,24; 4,84; 5,64; 6,85; 7,4; 8,72А

  2. Первый максимум образован только связями As-S то есть ближайшими соседями являются атомы разного сорта, причем расстояние, соответствующее первому максимуму, равно сумме ковалентных атомов мышьяка и серы. На образование всех других максимумов на модельной ФРРА влияют все типы возможных связей (As-S, As-As, S-S).

Из сравнения модельной и экспериментальной ФРРА могут быть сделаны следующие выводы:

  1. Модельная ФРРАП находится в достаточно хорошем соответствии с экспериментальной ФРРАП во всех координационных сферах, кроме третьей. Третий максимум модельной ФРРАП на экспериментальной ФРРАП отсутствует, то есть аморфизация, вероятно, происходит из-за разрыва связей, соответствующих именно этому расстоянию. По длине эти связи соответствуют межслоевым расстояниям в структуре кристаллического As2S3. В стекле эти межслоевые расстояния по видимому удлиняются о чем свидетельствует большая "наполняемость" следующего (четвертого) максимума на экспериментальной ФРРАП, по сравнению с модельной.

  2. Поскольку первый максимум экспериментальной ФРРАП характеризуется большей наполняемостью по сравнению с соответствующим максимумом модельной ФРРАП можно сделать вывод о возможности наличия в исследуемом образце структурных фрагментов других кристаллических фаз. (As4S3, AsS, As2S5, As4S5)

Литература:

  1. Уоррен Б.Е.//Кристаллография. 1971., Т.16., Вып.6., С . 1264.

  2. Вайнштейн К.Б.//Кристаллография. 1957.,Т.2., Вып.1., С.29
(c) АСФ России, 2001