Синтез і кристалічна структура шаруватих перовськітів SrLa₁₋ₓGdₓScO₄

Abstract

Визначені умови ізовалентного заміщення атомів лантану на атоми гадолінію в шаруватій перовськітоподібній структурі скандатів SrLa₁₋ₓGdₓScO₄ (0 ≤ x ≤ 0,8). Методом Рітвельда визначена ромбічна (просторова група Abma) кристалічна структура фаз складу SrLa₁₋ₓGdₓScO₄ зі ступенями заміщення атомів лантану 0,2, 0,4, 0,6 та 0,8. Основними структурними одиницями SrLa₁₋ₓGdₓScO₄ є двовимірні перовськітоподібні блоки завтовшки в один шар сполучених вершинами деформованих октаедрів ScO₆. Суміжні блоки розділені шаром поліедрів (Sr,La,Gd)О₉. Безпосередні зв’язки Sc—O—Sc між октаедрами сусідніх блоків відсутні. Блоки зв’язані між собою за допомогою —O—(Sr,La,Gd)—O— зв’язків. Аналіз кристалохімічних параметрів синтезованих фаз показав, що внаслідок ізовалентного заміщення атомів лантану на менші атоми гадолінію в шаруватій структурі SrLa₁₋ₓGdₓScO₄ відбувається поступове зменшення довжини міжблокових зв’язків (Sr,La,Gd)—О2 (з 0,2378(7) нм при х = 0 до 0,230(1) нм при х = 0,8). Зменшення відстані між перовськітоподібними блоками наближає будову двовимірної шаруватої перовськітоподібної структури SrLa₁₋ₓGdₓScO₄ до будови тривимірного перовськіту, що врешті призводить до її руйнування при х > 0,8 і дає підстави для висновку, що саме цей фактор обумовлює обмеженість області твердих розчинів SrLa₁₋ₓGdₓScO₄ з шаруватою перовськітоподібною структурою (0 ≤ х ≤ 0,8) та відсутність сполуки SrGdScO₄. Проведено зіставлення особливостей будови шаруватої структури ізовалентнозаміщених зразків систем SrLa₁₋ₓGdₓScO₄ та Sr₁₋ₓCaₓLaScO₄.

The isovalent substitution conditions of lanthanum by gadolinium atoms in slab perovskite-like structure of SrLa₁₋ₓGdₓScO₄ (0 ≤ x ≤ 0.8) scandates have defined. Orthorhombic (space group Abma) crystal structure of SrLa₁₋ₓGdₓScO₄ phases with the degree of lanthanum atoms substitution of 0.2, 0.4, 0.6, and 0.8 have determined using the Rietveld method. The main structural units of SrLa₁₋ₓGdₓScO₄ are two-dimensional perovskite-like blocks with a thickness of one slab of distorted ScO₆ octahedra joined by vertices. Neighboring blocks are separated by the slab of (Sr,La,Gd)О₉ polyhedra. There are no direct Sc—O—Sc bonds between the octahedra of adjacent blocks. Blocks are connected through —O—(Sr,La,Gd)—O— bonds. Analysis of the crystallochemical parameters of the synthesized phases has shown that, in the case of the isovalent substitution of lanthanum atoms by smaller gadolinium atoms in a slab structure of SrLa₁₋ₓGdₓScO₄, a gradual reduction of the length of (Sr,La,Gd)—О2 interblock bonds (from 0.2378(7) nm at х = 0 up to 0.230(1) nm at х = 0.8) takes place. Reducing the distance between perovskite-like blocks brings the constitution of the two-dimensional slab perovskite-like structure SrLa₁₋ₓGdₓScO₄ closer to the structure of three-dimensional perovskite, which ultimately leads to its destruction at x > 0.8 and gives the basis for the conclusion that this is the factor caused a limitation of area of SrLa₁₋ₓGdₓScO₄ (0 ≤ x ≤ 0.8) solid solutions with slab perovskite-like structure and the absence of SrGdScO₄ compound. The structural features of the slab structure of isovalently substituted samples of the SrLa₁₋ₓGdₓScO₄ and Sr₁₋ₓCaₓLaScO₄ systems are compared.