Кластерная самоорганизация интерметаллических систем: новые двухслойные кластерные прекурсоры K57 = Li@15(Ga6Cu9)@41(Cu15Mg26) и K41 = 0@8(Mg2Ga6)@33(Li6Mg3Ga24) в кристаллической структуре Li10Mg34Cu24Ga71-hP139 и K5 = 0@Ca2LiInGe в кристаллической структуре Ca2LiInGe2-oP24

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведен геометрический и топологический анализ кристаллической структуры интерметаллида Li10Mg34Cu24Ga71-hP139 (a = 14.080 Å, c = 13.625 Å, V = 2339.36 Å3, P-6m2) и интерметаллида Ca2LiInGe2-oP24 (a = 7.251, b = 4.438, c = 16.902 Å, V = 543.9 Å3, Pnma). Для интерметаллида Li10Mg34Cu24Ga71-hP139 методом полного разложения 3D фактор-графа на кластерные структуры найдено 1319 вариантов кластерного представления 3D атомной сетки с числом структурных единиц от 3 до 9. Установлены два каркасобразующих нанокластеров K57 = Li@15(Ga6Cu9)@41(Cu15Mg26) с внутренним полиэдром Франка–Каспера Li@15(Ga6Cu9) и K41 = 0@8(Mg2Ga6) @ 33(Li6Mg3Ga24) с внутренним полиэдром в виде гексагональной бипирамиды 0@8(Mg2Ga6). Центр кластера-прекурсора K57 и K41находится в частных позициях 1f и 1c с симметрией g = –6m2. В большой полости каркаса расположены сдвоенные LiGa13 – полиэдры с центром в позиции 1b. Для интерметаллида Ca2LiInGe2-oP24 установлен кластер-прекурсор K5 = 0@Ca2LiInGe в виде треугольной бипирамиды с атомами Li, In и Ge, лежащими в основании бипирамиды и атомами Ca, являющимися вершинами бипирамиды. Реконструирован симметрийный и топологический код процессов самосборки кристаллических структур Li10Mg34Cu24Ga71-hP139 и Ca2LiInGe2-oP24 из кластеров-прекурсоров в виде: первичная цепь → слой → каркас.

Об авторах

В. Я. Шевченко

Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН

Email: shevchenko@isc.nw.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

Г. Д. Илюшин

Научно-исследовательский центр “Кристаллография и фотоника”

Автор, ответственный за переписку.
Email: shevchenko@isc.nw.ru
Россия, 119333, Москва, Ленинский пр., 59,

Список литературы

  1. Inorganic crystal structure database (ICSD). Fachinformationszentrum Karlsruhe (FIZ). Germany and US National Institute of Standard and Technology (NIST), USA.
  2. Villars P., Cenzual K. Pearson’s Crystal Data-Crystal Structure Database for Inorganic Compounds (PCDIC) ASM International: Materials Park, OH.
  3. You Tae-Soo, Bobev S. Diytterbium(II) lithium indium(III) digermanide, Yb2LiInGe2 // Acta Crystallographica E. Structure Reports Online 2010. V. 66. P. i43.
  4. Mao J.-G., Xu Z.-H., Guloy A.M. Synthesis and crystal structure of Ae2LiInGe2 (Ae = Ca, Sr): new Zintl phases with a layered silicate-like network // Inorg. Chem. 2001. V. 40 P. 4472–4477
  5. Xie Qinxing, Nesper R. Structural and electronic characterizaion of Eu2 Li Si3, Eu2 Li Ge3 and Eu(x) Sr(2 – x)LiGe3 // Z. Anorg. Allg. Chem. 2006. V. 632. P. 1743–1751.
  6. Zuercher F., Nesper R. Crystal structure of hexabarium pentamagnesium trilithiumdodecagermanide, Ba6 Mg4.9 Li3.1 Ge12 // Zeitschrift fuer Kristallographie – New Crystal Structures. 2001. V. 216. P. 505–506.
  7. You Tae-Soo, Bobev S. cis-trans Germanium chains in the intermetallic compounds ALi(1 – x)In(x)Ge2 and A2(Li(1 – x) In(x))2Ge3 (A = Sr, Ba, Eu) – experimental and theoretical studies // J. Solid State Chemistry. 2010. V. 183. P. 2895–2902.
  8. Remennik S., Xu Chun Jie,Brant R., Meshi L., Shechtman D. Crystal structure of a new quaternary Mg–Zn–Ca–Li phase // Intermetallics 2012. V. 22. P. 62–67.
  9. Todorov I., Sevov S.C. Synthesis and characterization of Na2Ba4Ga2Sb6 and Li13Ba8GaSb12 // Zeitschrift fuer Kristallographie. 2006. V. 221. P. 521-526.
  10. Zuercher F., Nesper R. Crystal structure of dodecastrontium octadecamagnesium dilithiumeicosagermanide, Sr12Mg17.9Li2.1Ge20 // Z. Kristallogr. New Cryst. Struct. 1999. V. 214. P. 411–412.
  11. Zuercher F., Nesper R. Crystal structure of octacalcium dimagnesium monolithium octasilicide Ca8Mg2.0Li1.0Si8 and octacalcium dimagnesium monolithiumoctagermanide Ca8Mg1.82Li1.18Ge8 // Z. Kristallogr. New Cryst. Struct. 2001. V. 216. P. 507–509.
  12. Makongo Julien P.A., You Tae-Soo, He Hua, Suen Nian-Tzu, Bobev Svilen. New lithium-containing pnictides with 1-d infinite chains of supertetrahedral clusters: synthesis, crystal and electronicstructure of Ba4Li2Cd3Pn6 (Pn = P, As and Sb) // European J. Inorganic Chemistry. 2014. V. 2014. P. 5113–5124.
  13. Lee Chishen, Miller G.J. Li10Mg6Zn31Al a new intermetallic phase containing buildingblocks for decagonal quasicrystals // Angew. Chem. Int. ed. 2001. V. 40. P. 4740–4742.
  14. Lin Qisheng, Corbett J.D. Li14.7Mg36.8Cu21.5Ga66: An intermetallic representative of a type IV clathrate // Inorg. Chem. 2008. V. 47 P. 10825-831.
  15. Jeon Beom-Yong, Jeon Jieun, Lee Junseong, Kim Jongsik, You Tae-Soo. Experimental and theoretical investigations for site preference and anisotropic size change of RE11Ge4In6 – xMx (RE = La, Ce; M = Li, Ge; x = 1, 1.96) // J. Alloys Compd. 2015. V. 620. P. 269–276.
  16. Ganguli A.K., Gupta S., Corbett J.D. New tetragonal structure type for A2Ca10Sb9 (A = Li, Mg). Electronicvariability around a Zintl phase // Inorganic Chemistry 2006. V. 45. P. 196–200.
  17. Stetskiv Andrij, Rozdzynska–Kielbik Beata, Pavlyuk Volodymyr. Tm2.22Co6Sn20 and TmLi2Co6Sn20 stannides as disordered derivatives of the Cr23C6 structure type // Acta Crystallographica C. 2013. V. 69. P. 683–688.
  18. Pavlyuk Nazar, Dmytriv Grygoriy, Pavlyuk Volodymyr, Ehrenberg Helmut. Li20Mg6Cu13Al42: a new ordered quaternary superstructure to the icosahedral T-Mg32(Zn,Al)49 phase with fullerene-like Al60 cluster. // Acta Crystallographica, Section B: Structural Science, Crystal Engineering and Materials 2019. V. 75. P. 168–174.
  19. Lee Chishen, Miller G.J. Experimental and theoretical studies of elemental site preferences in quasicrystalline approximants (r-phases) within the Li–Mg–Zn–Al system // Inorg. Chem. 2001. V. 40. P. 338–345.
  20. Boehme Bodo, Wei Kaya, Bobnar Matej, Prots Yurii, Burkhardt Ulrich,Baitinger Michael, Nolas George S., Grin Yuri. A type-II clathrate with a Li–Ge framework. Space Group: F d –3 m Z->F d –3 m. // Zeitschrift fuer Kristallographie – Crystalline Materials 2017. V. 232 P. 543–556.
  21. Le Bail A., Leblanc M., Audier M. Crystalline phases related to the icosahedral Al-Li-Cu phase: A single-crystal X-ray diffraction study of the hexagonal Z – Al59Cu5Li26Mg10 phase. //Acta Crystallographica B. 1991. V. 47. P. 451–457.
  22. Chahine A., Tillard–Charbonnel M., Belin C. Crystal structure of lithium copper gallium indium (18/5/31/4), Li8Cu5 Ga31In4. // Z. Kristallogr. New Cryst. Struct. 1995. V. 210. P. 80–80.
  23. Шевченко В.Я., Блатов В.А., Илюшин Г.Д. Кластерная самоорганизация интерметаллических систем: новый кластер-прекурсор K65 = 0@3@20@42 для самосборки кристаллической структуры Sc96Mg8Zn600-cP704 // Физика и химия стекла. 2022. Т. 42. № 2. С. 94–99.
  24. Ilyushin G.D. Theory of cluster self-organization of crystal-forming systems. Geometrical-topological modeling of nanocluster precursors with a hierarchical structure // Struct. Chem. 2012. V. 20. № 6. P. 975–1043.
  25. Shevchenko V.Ya., Medrish I.V., Ilyushin G.D., Blatov V.A. From clusters to crystals: scale chemistry of intermetallics // Struct. Chem. 2019. V. 30. № 6. P. 2015–2027.
  26. Ilyushin G.D. Intermetallic Compounds KnMm (M = Ag, Au, As, Sb, Bi, Ge, Sn, Pb): Geometrical and Topological Analysis, Cluster Precursors, and Self-Assembly of Crystal Structures // Crystallography Reports. 2020. V. 65. № 7. P. 1095–1105.
  27. Ilyushin G.D. Intermetallic Compounds NakMn (M = K, Cs, Ba, Ag, Pt, Au, Zn, Bi, Sb): Geometrical and Topological Analysis, Cluster Precursors, and Self-Assembly of Crystal Structures // Crystallography Reports. 2020. V. 65. № 4. P. 539–545.
  28. Blatov V.A., Shevchenko A.P., Proserpio D.M. Applied Topological Analysis of Crystal Structures with the Program Package ToposPro // Cryst. Growth Des. 2014. V. 14. № 7. P. 3576–3585.

Дополнительные файлы


© В.Я. Шевченко, Г.Д. Илюшин, 2023