Вплив заміщення атомів гадолінію на будову двошарової структури скандатів BaGd₂₋ₓDyₓSc₂O₇

Abstract

Методами рентгенівської порошкової дифракції встановлено умови ізовалентного заміщення атомів Gd на атоми Dy в А-позиції двошарової перовськітоподібної структури BaGd₂Sc₂O₇ за типом BaGd₂₋ₓDyₓSc₂O₇: 0 < x ≤ 0,4. Методом Рітвельда визначено тетрагональну (просторова група P4₂/mnm) кристалічну структуру фаз BaGd₂₋ₓDyₓSc₂O₇ з x = 0,2 та 0,4. Основою кристалічної структури BaGd₂₋ₓDyₓSc₂O₇ є двовимірні (нескінченні в площині XY) перовськітоподібні блоки завтовшки в два шари сполучених вершинами деформованих октаедрів ScO₆. Атоми Ba розташовані лише в позиції 4f всередині перовськітоподібного блока, а атоми рідкісноземельних елементів — лише в позиції 8j на межі перовськітоподібних блоків. Суміжні перовськітоподібні блоки розділені шаром поліедрів (Gd,Dy)О9 і утримуються разом за допомогою міжблокових зв`язків —O—(Gd,Dy)—O—. Встановлено, що ізовалентне заміщення атомів Gd на менші за розміром атоми Dy призводить до збільшення ступеня деформації міжблокових поліедрів (Gd,Dy)О₉. Такі зміни структури зумовлюють дестабілізацію міжблокового “зшиття” і є одними з основних причин руйнування шаруватої перовськітоподібної структури фаз BaGd₂₋ₓDyₓSc₂O₇ при х > 0,4. Результати дослідження можуть бути використані для цілеспрямованого регулювання структурно залежних властивостей матеріалів на основі скандату BaGd₂Sc₂O₇.The conditions of isovalent substitution of Gd atoms for Dy atoms in the A-positions of the BaGd₂Sc₂O₇ two-slab perovskite-like structure of the BaGd₂₋ₓDyₓSc₂O₇ type (0 < x ≤ 0.4) have determined by X-ray powder diffraction methods. Tetragonal crystal structure (space group P4₂/mnm) of the BaGd₂₋ₓDyₓSc₂O₇ phases with x equal to 0.2, and 0.4 was determined by the Rietveld method. The crystal structure of BaGd₂₋ₓDyₓSc₂O₇ is based on two-dimensional (infinite in the XY plane) perovskite-like blocks with a thickness of two slabs of deformed ScO₆ octahedra connected by vertices. Ba atoms are located only at 4f position inside the perovskite block, while rare earth element atoms are located only at position 8j at the perovskite block boundary. The adjacent perovskite-like blocks are separated by a slab of (Gd,Dy)O₉ polyhedra and held together by —O—(Gd,Dy)—O— interblock bonds. It is established that the isovalent substitution of Gd atoms by smaller Dy atoms leads to an increase in the degree of deformation of the interblocks polyhedra (Gd,Dy)O₉. Such structural changes destabilize the interblock “crosslinking” and are one of the main reasons for the destruction of the slab perovskite-like structure of BaGd₂₋ₓDyₓSc₂O₇ phases at x > 0.4. The research results could be used for purposeful regulation of structurally dependent properties of materials based on the BaGd₂Sc₂O₇ scandate.