Зміни будови шаруватої структури скандату SrLaScO₄ при ізовалентному заміщенні атомів стронцію

Abstract

Методами рентгенівської порошкової дифракції встановлено умови заміщення атомів стронцію у шаруватій перовськітоподібній структурі (ШПС) SrLaScO₄ по типу Sr₁₋ₓCaₓLaScO₄: 0 ≤ x ≤ 0,3. Методом Рітвельда визначено орторомбічну (просторова група Abma) ШПС фази складу Sr₀,₇Ca₀,₃LaScO₄ зі ступенем заміщення атомів стронцію 0,3. Кристалічна структура Sr₀,₇Ca₀,₃LaScO₄ утворена двовимірними перовськітоподібними блоками, які складаються з шару сполучених вершинами деформованих октаедрів ScO₆. Блоки відокремлені шаром поліедрів (Sr,Ca,La)О₉. Аналіз одержаних даних показав, що в результаті заміщення атомів Sr на атоми Ca в ШПС Sr₁₋ₓCaₓLaScO₄ значно зменшується довжина міжблочного зв’язку (Sr,Ca,La) — О2, збільшується ступінь деформації (Δ) міжблочних поліедрів (Sr,Ca,La)О₉ та взаємний нахил октаедрів ScO₆. Зменшення відстані між перовськітоподібними блоками наближує будову ШПС до термодинамічно стабільної структури перовськіту, а збільшення Δ(Sr,Ca,La)О₉ напружує та дестабілізує ШПС. Сумарна дія цих факторів призводить до руйнування ШПС і зумовлює як обмеженість розмірів області твердих розчинів Sr₁₋ₓCaₓLaScO₄ з шаруватою перовськітоподібною структурою (0 ≤ х ≤ 0,3), так і неможливість утворення скандату CaLaScO₄ з цим типом структури. Одержані результати можуть бути використані для регулювання функціональних (електрофізичних, оптичних та інших) структурно залежних властивостей фаз Sr₁₋ₓCaₓLaScO₄ шляхом послідовного ізовалентного заміщення атомів в А-позиції їх шаруватої перовськітоподібної структури.

The substitution conditions of scandium atoms in SrLaScO₄ slab perovskite-like structure (SPS) of Sr₁₋ₓCaₓLaScO₄- type (0 ≤ х ≤ 0.3) have defined by X-ray powder diffraction methods. SPS (Abma space group) of Sr₀,₇Ca₀,₃LaScO₄ phase with a substitution degree of strontium atoms equal 0,3 is determined by the Rietveld procedure. The crystal structure of Sr₀,₇Ca₀,₃LaScO₄ is formed by two-dimensional perovskite-like blocks consisting of a slab of distorted ScO₆ octahedra joined by vertices. Blocks are separated by the slab of (Sr, Ca, La)О₉ polyhedra. Analysis of the obtained data has shown that, in a case of the substitution of Sr atoms by Ca atoms in SPS of Sr₁₋ₓCaₓLaScO₄, a gradual reduction of the length of the (Sr, Ca, La) — О2 interblock bond and the increases of the deformation degree (Δ) of interblock (Sr,Ca,La)О₉ polyhedra and the mutual inclination of octahedrons ScO₆ take place. Reduction in the distance between perovskite-like blocks approaches a construction of SPS to the thermodynamically stable perovskite structure, and the increase of Δ(Sr, Ca, La)О₉ strains and destabilizes SPS. The total effect of these factors leads to the destruction of SPS, limits the range of Sr₁₋ₓCaₓLaScO₄ solid solutions with a slab perovskite-like structure (0 ≤ х ≤ 0.3), and makes the formation of CaLaScO4 scandate with this type of structure impossible. The results obtained can be used to regulate the functional (electrophysical, optical, etc.) structurally dependent properties of the Sr₁₋ₓCaₓLaScO₄ phases by successively isovalent substitution atoms in the A-positions of their layered perovskite-like structure.

Методами рентгеновской порошковой дифракции определены условия замещения атомов стронция в слоистой перовскитоподобной структуре (СПС) SrLaScO₄ по типу Sr₁₋ₓCaₓLaScO₄: 0 ≤ х ≤ 0,3. Методом Ритвельда определена орторомбическая (пространственная группа Abma) СПС фазы состава Sr₀,₇Ca₀,₃LaScO₄ со степенью замещения атомов стронция 0,3. Кристаллическая структура Sr₀,₇Ca₀,₃LaScO₄ образована двумерными перовскитоподобными блоками, состоящими из слоя соединенных вершинами деформированных октаэдров ScO₆. Блоки разделены слоем полиэдров (Sr, Ca, La)О₉. Анализ полученных данных показал, что при замещении атомов Sr на атомы Ca в СПС Sr₁₋ₓCaₓLaScO₄ значительно уменьшается длина межблочной связи (Sr, Ca, La) — О2, увеличивается степень деформации (Δ) межблочных полиэдров (Sr, Ca, La)О₉ и взаимного наклона октаэдров ScO₆. Уменьшение расстояния между перовскитоподобными блоками приближает строение СПС к термодинамически стабильной структуре перовскита, а увеличение Δ(Sr,Ca,La)О₉ напрягает и дестабилизирует СПС. Суммарное воздействие этих факторов приводит к разрушению СПС и обусловливает как ограниченность размеров области твердых растворов Sr₁₋ₓCaₓLaScO₄ со слоистой перовскитоподобной структурой (0 ≤ х ≤ 0,3), так и невозможность образования скандата CaLaScO4 с этим типом структуры. Полученные результаты могут быть использованы для регулирования функциональных (электрофизических, оптических и других) структурно зависимых свойств фаз Sr₁₋ₓCaₓLaScO₄ путем последовательного изовалентного замещения атомов в А-позиции их слоистой перовскитоподобной структуры.