Кластерная самоорганизация интерметаллических систем: кластеры-прекурсоры k3, k4, k6 для самосборки кристаллических структур Y8Rh12Sn20-oS40, Lu16Zn20Ge24-oS60, Ba8Ir16In52-oS76

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

С помощью компьютерных методов (пакет программ ToposPro) осуществлены комбинаторно-топологический анализ и моделирование самосборки кристаллических структур Y8Rh12Sn20-oS40 (a = 4.387 Å, b = 26.212 Å, c = 7.155Å, V = 822.77 Å3), Lu16Zn20Ge24-oS60 (a = 4.179 Å, b = 18.368 Å, c = 15.050 Å, V = 1155.24 Å3), Ba8Ir16In52-oS76 (a = 4.485 Å, b = 29.052 Å, c = 13.687 Å, V = 1783.63 Å3) c пространственной группой Cmc21(36). Для Y8Rh12Sn20-oS40 установлены 18 вариантов выделения кластерных структур с числом кластеров N = 1 (1 вариант), N = 2 (11 вариантов), N = 3 (6 вариантов). Рассматривается вариант самосборки кристаллической структуры с участием образующих упаковки кластеров-прекурсоров в виде сдвоенных тетраэдров K6 = 0@6(YSn3Rh2) и тетраэдров K4 = 0@4(YSn2Rh). Для Lu16Zn20Ge24-oS60 установлены 66 вариантов выделения кластерных структур с числом кластеров N = 1 (1вариант), N = 2 (25 вариантов), N = 3 (20 вариантов) и N = 4 (20 вариантов). Рассматривается вариант самосборки кристаллической структуры с участием образующих упаковки трех атомных кластеров-прекурсоров K3(D1) = 0@3(Lu Ge2), K3(D2) = 0@3(Lu Zn Ge), K3(D3) = 0@3(Lu Zn Ge), K3(D4) = 0@3(Lu Zn Ge), K3(D5) = 0@3(GeZn2). Для Ba8Ir16In52-oS76 установлены 129 вариантов выделения кластерных структур с числом кластеров N = 2 (36 вариантов) и N = 3 (103 варианта). Рассматривается вариант самосборки кристаллической структуры с участием образующих упаковки кластеров-прекурсоров: пентагональных пирамид K6 = 0@6(BaIn5), тетраэдров K4a = 0@4(BaRhIn2) и тетраэдров K4b = 0@4(Rh2In2), колец K3 = 0@4(RhIn2) и атомов-спейсеров In. Реконструирован симметрийный и топологический код процессов самосборки кристаллической структур Y8Rh12Sn20-oS40, Lu16Zn20Ge24-oS60, Ba8Ir16In52-oS76 из кластеров-прекурсоров K3, K4, K6 в виде: первичная цепь → слой → каркас.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. Я. Шевченко

Филиал НИЦ “Курчатовский институт” – ПИЯФ–ИХС

Author for correspondence.
Email: gdilyushin@gmail.com
Russian Federation, Санкт-Петербург

Г. Д. Илюшин

Курчатовский комплекс кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Email: gdilyushin@gmail.com
Russian Federation, Москва

References

  1. Inorganic crystal structure database (ICSD). Fachinformationszentrum Karlsruhe (FIZ), Germany and US National Institute of Standard and Technology (NIST), USA.
  2. Pearson’s Crystal Data: Crystal Structure Database for Inorganic Compounds. ASM International, Materials Park, Ohio, USA.
  3. 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. https://topospro.com/
  4. Wang Jian, Xia Sheng-Qing, Tao Xu-Tang, Schafer Marion C., Bobev Svilen. New ternary phosphides and arsenides. Syntheses, crystal structures, physical properties of Eu2ZnP2, Eu2Zn2P3 and Eu2Cd2As3 // Inorg Chem. 2013. V. 205. P. 116–121.
  5. Wang Jian, Yang Min, Pan Mingyan, Xia Shengqing, Tao Xutang, He Hua, Darone G., Bobev S. Synthesis, crystal and electronic structures, and properties of the new pnictide semiconductors A2CdPn2 (A = Ca, Sr, Ba, Eu; Pn = P, As, Sb) // Inorg. Chem. 2011. V. 50. P. 8020–8027.
  6. Xia S., Bobev S. Cation–Anion Interactions as Structure Directing Factors: Structure and Bonding of Ca2CdSb2 and Yb2CdSb2 // Journal of the American Chemical Society. 2007. V. 129. P. 4049–4057.
  7. Meot Meyer M., Venturini G., Malaman B., Steinmetz J., Roques B. Des nouveaux stannures ternaires de rhodium et d’elements des terres rares: TR2Rh3Sn6 ou TR = Y, Gd, Tb, Dy, Ho. Structures cristallines et magnetiquesdes Y2Rh3Sn5 // Materials Research Bulletin. 1984. V. 19. P. 1181–1186.
  8. Kranenberg C., Johrendt D., Mewis A. Neue ternaere Germanide: die Verbindungen Ln4Zn5Ge6 (Ln: Gd, Tm, Lu) // Z. Anorg. Allg. Chem. 2001. V. 627. P. 539–544.
  9. Jang Gyung-Joo, Yun Hoseop. Hafnium germanium telluride // Acta Cryst. 2008. V. E64. i27.
  10. Lee Changho, Jang Gyung-Joo, Yun Hoseop. Stoichiometric ZrGeTe4. Acta Cryst. 2007. V. E63. i182.
  11. Zhang F.X., Xu F.F., Mori T., Liu Q.L., & Tanaka T. Novel rare-earth borosilicide RE1–xB12Si3.3-δ (RE = Y, Gd–Lu) (0 ≤ x ≤ 0.5, δ ≈ 0.3): synthesis, crystal growth, structure analysis and properties // Journal of Solid State Chemistry. 2003. V. 170. P. 75–81.
  12. Zhuraleva M.A., Salvador J., Bilc D., Mahanti S.D., Ireland J., Kannewurf C.R., Kanatzidis M.G. Intermetallics as zintl phases: Yb2Ga4Ge6 and RE3Ga4Ge6 (RE = Yb, Eu): Structural response of a [Ga4Ge6]4 — framework to reduction by two electrons // Chemistry. 2004. V. 10. P. 3197–3208.
  13. Avzuragova V.A., Nesterenko S.N., Tursina A.I. LaRhAl, La3Rh3Al4, and Ce5Rh5Al6 as a new family of ternary aluminides // Russian Journal of Physical Chemistry. 2017. V. 91(2). P. 252–254.
  14. Palasyuk A.M., Corbett J.D. Ba IrIn4 and Ba2Ir4In13: Two In-rich polar intermetallic structures with different augmented prismatic environments about the cations. Inorg Chem. 2008. V. 47. № 20. P. 9344–9350.
  15. 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. P. 975–1043.
  16. Shevchenko V.Yа., Medrish I.V., Ilyushin G.D., Blatov V.A. From clusters to crystals: Scale chemistry of intermetallics // Structural Chemistry. 2019. V. 30. P. 2015–2027.
  17. Shevchenko V.Ya., Ilyushin G.D. Cluster Self-Organization of Intermetallic Systems: Clusters-Precursors K3, K4, K6 for the Self-Assembly of RbNa8Ga3As6-aP72, Sr2Ca4In3Ge6-oP56, and Sr8Li4In4Ge8-oP24 Crystal Structures // Glass Physics and Chemistry. 2024. V. 50. P. 87–100.
  18. Shevchenko V.Ya., Ilyushin G.D. Cluster Self-Organization of Intermetallic Systems: Cluster-Precursors K13, K11, K4, and K3 for the Self-Assembly of Crystal Structures Ce56Ni24Si44-mS124 and Ba10La2Si12-oP48 // Glass Physics and Chemistry. 2024. V. 50. P. 1–9.
  19. Shevchenko V.Ya., Ilyushin G.D. Cluster Self-Organization of Intermetallic Systems: New Clusters-Precursors K6 and K3 for the Crystal Structures of the Sr12Mg20Ge20-oP52, Sr2LiInGe2-oP24, and Sr2Mg2Ge2-oP12 Family // Glass Phys Chem. 2023. V. 49 (Suppl 1). P. S17–S27.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Y8Rh12Sn20-oS40. Layer of cluster-precursors forming the packing in the form of double tetrahedra K6 = 0@6(YSn3Rh2) and tetrahedra K4 = 0@4(YSn2Rh).

Download (479KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Lu16Zn20Ge24-oS60. Layer S32 from the packing forming five triatomic clusters-precursors K3(D1) = 0@3(LuGe2), K3(D5) = 0@3(GeZn2), K3(D2) = 0@3(LuZnGe), K3(D3) = 0@3(LuZnGe), K3(D4) = 0@3(LuZnGe).

Download (406KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Ba8Ir16In52-oS76. Layer S33 of precursor clusters forming the packing in the form of pentagonal pyramids K6 = 0@6(BaIn5), tetrahedra K4-1 = 0@4(BaRhIn2), tetrahedra K4-2 = 0@4(Rh2In2), rings K3 = 0@4(RhIn2) and spacer atoms In3 and In12.

Download (333KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences