Розробка та програмна реалізація алгоритму уточнення кристалічної структури матеріалів із можливим ізоморфним заміщенням

Автор(и)

  • Ivan Yaremiy Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018, Україна https://orcid.org/0000-0002-8549-1173
  • Sofiya Yaremiy Івано-Франківський національний медичний університет вул. Галицька, 2, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018, Україна https://orcid.org/0000-0001-6235-0370
  • Vasyl Fedoriv Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018, Україна https://orcid.org/0000-0001-8858-6867
  • Olesia Vlasii Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018, Україна https://orcid.org/0000-0001-7310-9611
  • Anna Luсas Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018, Україна https://orcid.org/0000-0003-4159-9200

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.142752

Ключові слова:

алгоритм аналізу дифрактограм, уточнення структури, програма FullProf, структурний аналіз, твердий розчин

Анотація

В більшості випадків у програмному забезпеченні для аналізу даних Х-променевої дифрактометрії не передбачено можливості збереження стехіометричних співвідношень між хімічними елементами та співвідношень між заповненням атомами кристалографічних позицій. Тому було розроблено та програмно реалізовано алгоритм, завдяки якому у матеріалах, що допускають ізоморфне заміщення, коректно розраховується розподіл атомів за кристалографічними позиціями із збереженням стехіометричного складу. Запропоновано поєднання можливостей використання розробленого алгоритму та програми FullProf. Це дозволяє враховувати різні умови, які накладаються на розподіл атомів за кристалографічними позиціями. Запропоновано оцінку однозначності визначеного стартового розподілу атомів шляхом пошуку локальних мінімумів у певних фізично обґрунтованих межах змін параметрів структури.

Розроблено комплексний метод мінімізації функції відхилення теоретично розрахованих дифрактограм від експериментальних, який дозволяє уникати попадання цільової функції у локальний мінімум. Запропоновано два шляхи мінімізації різниці між розрахованою та експериментальною дифрактограмами. В першому за допомогою розробленого алгоритму знаходиться заповнення кристалографічних позицій, а вбудований у програму FullProf метод мінімізації обчислює всі інші параметри. В другому – використовується тільки розроблений алгоритм, а всі раніше наближені за допомогою програми FullProf параметри є зафіксованими. Показано ефективність даного алгоритму при встановленні розподілу атомів за підґратками у ферит шпінелях. Розроблений алгоритм по уточненню кристалічної структури може бути застосованим до будь-яких матеріалів, в яких можливе ізоморфне заміщення, зокрема шпінелей, гранатів, перовскитів та ін.

Біографії авторів

Ivan Yaremiy, Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018

Доктор фізико-математичних наук, професор

Кафедра матеріалознавства і новітніх технологій

Sofiya Yaremiy, Івано-Франківський національний медичний університет вул. Галицька, 2, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018

Кандидат фізико-математичних наук, асистент

Кафедра медичної інформатики, медичної і біологічної фізики

Vasyl Fedoriv, Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра матеріалознавства і новітніх технологій

Olesia Vlasii, Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра інформатики

Anna Luсas, Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра хімії середовища та хімічної освіти

Посилання

  1. Chung, F., Smith, D. (Eds.) (1999). Industrial Applications of X-Ray Diffraction. Boca Raton London New York: CRC Press, 1006. doi: https://doi.org/10.1201/b16940
  2. Bunaciu, A. A., Udriştioiu, E. gabriela, Aboul-Enein, H. Y. (2015). X-Ray Diffraction: Instrumentation and Applications. Critical Reviews in Analytical Chemistry, 45 (4), 289–299. doi: https://doi.org/10.1080/10408347.2014.949616
  3. Ostafiychuk, B. K., Gasyuk, I. M., Kopayev, O. V. (2001). The Model of Solid Solution of Magnesium-Zinc Ferrites. Physics and Chemistry of Solid State, 2 (2), 201–206. Available at: http://old.pu.if.ua/inst/phys_che/start/pcss/vol2/number2/0202-04.pdf
  4. The Collaborative Computational Projects. Available at: http://www.ccp14.ac.uk/index.html
  5. Connolly, J. R. Free and Inexpensive Software Alternatives for X-ray Diffraction. Available at: http://epswww.unm.edu/media/pdf/10-XRD-Software.pdf
  6. Rietveld, H. M. (1969). A profile refinement method for nuclear and magnetic structures. Journal of Applied Crystallography, 2 (2), 65–71. doi: https://doi.org/10.1107/s0021889869006558
  7. Kraus, W., Nolze, G. (1996). POWDER CELL – a program for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns. Journal of Applied Crystallography, 29 (3), 301–303. doi: https://doi.org/10.1107/s0021889895014920
  8. FullProf Suite. Available at: https://www.ill.eu/sites/fullprof/
  9. Yakimov, I. S., Zaloga, A. N., Solov’ev, L. A., Yakimov, Y. I. (2012). Method of evolutionary structure-sensitive quantitative X-ray phase analysis of multiphase polycrystalline materials. Inorganic Materials, 48 (14), 1285–1290. doi: https://doi.org/10.1134/s0020168512140208
  10. Bruker (2017). TOPAS. Version 6. Bruker AXS, Karlsruhe, Germany.
  11. Altomare, A., Capitelli, F., Corriero, N., Cuocci, C., Falcicchio, A., Moliterni, A., Rizzi, R. (2018). The Rietveld Refinement in the EXPO Software: A Powerful Tool at the End of the Elaborate Crystal Structure Solution Pathway. Crystals, 8 (5), 203. doi: https://doi.org/10.3390/cryst8050203
  12. Materials Analysis Using Diffraction. Available at: http://maud.radiographema.eu/
  13. Zaloga, A. N., Dubinin, P. S., Yakimov, I. S., Bezrukova, O. E., Burakov, S. V., Gusev, K. A., Semenkina, M. E. (2018). Evolutionary quantitative full-profile X-ray phase analysis based on the rietveld method, a self-configurable multipopulation genetic algorithm and elemental analysis data. Industrial laboratory. Diagnostics of materials, 84 (3), 25–31. doi: https://doi.org/10.26896/1028-6861-2018-84-3-25-31
  14. Coelho, A. A. (2018). TOPAS and TOPAS-Academic: an optimization program integrating computer algebra and crystallographic objects written in C++. Journal of Applied Crystallography, 51 (1), 210–218. doi: https://doi.org/10.1107/s1600576718000183
  15. Letyuk, L. M., Kostishin, V. G., Gonchar, A. V. (2005). Tekhnologiya ferritovyh materialov magnitoelektroniki. Moscow: MISIS, 352.
  16. Valenzuela, R. (2005). Magnetic Ceramics. Cambridge University Press.
  17. Pua, P. (1972). Sootnoshenie mezhdu rasstoyaniyami anion-kation i parametrami reshetki. Himiya tverdogo tela, 49–75.
  18. Erastova, A. P., Saksonov, Yu. G. (1963). Issledovanie strukturnyh izmeneniy v magnievyh hromitah-ferritah. Ferrity i beskontaktnye element, 152–162.
  19. Matkivskyi, M. P., Perkatiuk, I. Y., Lisniak, S. S. (2003). Systema kharakterystychnykh mizhatomnykh vidstanei. Pomylkovist zastosuvannia ionnykh radiusiv v krystalokhimiyi. Ukr. khim. Zhurnal, 69 (8), 88–94.
  20. Lutsas, A. V., Yaremiy, I. P., Matkivskyi, M. P. (2015). Peculiar properties of crystal-chemical stucture of spinels of the system Mg(FexCr2-x)O4 obtained through the hydroxide coprecipitation method and solid state technology. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (77)), 57–63. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.51058
  21. Reznickiy, L. A. (1984). Energii predpochteniya kationov i obrazovanie tverdyh rastvorov shpineley. Neorgan. materialy, 20 (11), 1867–1869.
  22. Ostafyichuk, B. K., Hasiuk, I. M., Mokliak, V. V., Deputat, B. Ya., Yaremiy, I. P. (2010). Rozuporiadkuvannia struktury tverdykh rozchyniv litiy-zaliznoi ta litiy-aliuminiyovoi shpineli. Metallofyzyka y noveishye tekhnolohiy, 32 (2), 209–224.
  23. Luсas, A., Moklyak, V., Yaremiy, I., Yaremiy, S., Gasyuk, I., Matkivskyi, M. (2017). Mössbauer studies of spinellides of Mg(FeXCr2-X)O4 system obtained by the hydroxide co-precipitation method. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (89)), 56–63. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.112271
  24. Kopayev, A. V., Mokljak, V. V., Gasyuk, I. M., Yaremiy, I. P., Kozub, V. V. (2015). Structure Ordering in Mg-Zn Ferrite Nanopowders Obtained by the Method of Sol-Gel Autocombustion. Solid State Phenomena, 230, 114–119. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.230.114
  25. Bushkova, V. S., Ostafiychuk, B. K., Yaremij, I. P., Mokhnatskyi, M. L. (2016). Effect of Nickel-Ions’ Substitution with Nonmagnetic Cadmium Ions on the Structural and Optical Properties of Nickel Ferrite. Metallofizika i noveishie tekhnologii, 38 (5), 601–616. doi: https://doi.org/10.15407/mfint.38.05.0601
  26. Bushkova, V. S., Yaremiy, I. P., Ostafiychuk, B. K., Moklyak, V. V., Hrubiak, A. B. (2018). Mössbauer Study of Nickel-Substituted Cobalt Ferrites. Journal of Nano- and Electronic Physics, 10 (3), 03013-1–03013-5. doi: https://doi.org/10.21272/jnep.10(3).03013
  27. Bushkova, V. S., Yaremiy, I. P. (2018). Magnetic, electric, mechanical, and optical properties of NiCr x Fe 2−x O 4 ferrites. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 461, 37–47. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.04.025
  28. Tatarchuk, T. R., Bououdina, M., Paliychuk, N. D., Yaremiy, I. P., Moklyak, V. V. (2017). Structural characterization and antistructure modeling of cobalt-substituted zinc ferrites. Journal of Alloys and Compounds, 694, 777–791. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.10.067

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-09-21

Як цитувати

Yaremiy, I., Yaremiy, S., Fedoriv, V., Vlasii, O., & Luсas A. (2018). Розробка та програмна реалізація алгоритму уточнення кристалічної структури матеріалів із можливим ізоморфним заміщенням. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(5 (95), 61–67. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.142752

Номер

Том 5 № 5 (95) (2018): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Ivan Yaremiy, Sofiya Yaremiy, Vasyl Fedoriv, Olesia Vlasii, Anna Luсas

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.