重原子結晶の電子分布と静電ポテンシャル

重原子晶体中的电子分布和静电势

• 批准号: 01F00243
• 负责人: 田中 清明
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01F00243/
• 关键词: X線回折法; 相転移; 多極子解析; トポロジカル解析; 非調和熱振動; KMnF_3; 電子密度分布; 多極子解析法; ラプラシアン解析

X線回折法で電子密度分布の精密測定・多極子解析法により、物性を電子密度分布から説明することを目的とした。そのため、KMnF_3結晶の186Kでの立方晶から正方晶への相転移に伴う電子密度の温度変化を実測するため、298K、240K、および相転移点直上の190Kで、精密回折強度測定を行った。電子密度の温度変化を測定し相転移機構を研究する試みは、研究代表者の知る限り、本研究が世界で最初である。測定された電子密度を多極子解析法で解析するとともに、電子密度のトポロジー解析を行ったところ、結合の詳細とともに、相転移機構までも明らかになった。KmnF_3結晶はペロブスカイト型構造を持つが、電子密度のトポロジーから、結晶内にはMn-FとK-F間に、結合の形成を示す(3,-1)bond critical pointが存在することが明らかになった。これはKNiF_3等の他のペロブスカイト結晶と同じである。KMnF_3結晶の弱い一次相転移は、MnF_6正八面体の結晶内での協同的回転によって起こることは知られているが、本研究により、298Kでは、(3,+3)cage critical pointであったK-Mn間の中点が、少なくとも相転移前の240K以下では、結合形成を示す(3,-1)型の点に変化することが明らかになった。これに伴うMn-F、K-F結合の変化から、以下の相転移に伴う事実および相転移機構が明らかになった。1.K-F結合の電子密度の傾きのひとつがほとんど0なり、電子密度分布のトポロジーは結合を示す(3,-1)から(3,+1)ring critical pointに変化しかけている。これはMnF_6の回転を阻害していたK-F結合が190Kで非常に弱くなり切れることを示す。2.温度低下とともに非調和熱振動が増加し、Fイオンは4個のポテンシャルの低い点に、統計的に分布する。3.同時にMn-K結合が形成され結晶の崩壊を防ぐ。相転移点よりも50-60°も上から前駆現象が始まっている。一方、Mn-F結合には目立った変化は見られない。これらを総合すると。温度低下に伴い、Fイオンの非調和熱振動が大きくなるが、Mn-K結合の形成により結晶の崩壊を防ぎつつ、相転移点でK-F結合が切れてMnF_6が回転し、F原子はかねてから形成されていた4個のポテンシャルのひとつに共同的に移動する。これらの成果は国際的にも注目され、15年度5月、8月にロシアおよびオーストラリアで開催された、ロシア全国結晶化学会、サガモア会議等で発表された。また、今夏のゴードン会議(米国)にも招待されている。現在、この研究を発展させるものとして、六方晶BaTiO_3のトポロジカル解析を、ロシアに帰国後も継続して行っている。

Precise Measurement of Electron Density Distribution by X-ray Refraction Method·Multipole Analysis Method The phase shift of cubic crystal and square crystal at 186K and the temperature variation of electron density were measured at 298K and 240K. The phase shift point was measured at 190K. The temperature variation of electron density and the phase shift mechanism are studied in this paper. Determination of electron density by multipole analysis KmnF_3 crystal structure, electron density, Mn-F and K-F space, bond formation,(3,-1)bond critical point exist. KF_3 and other crystals. In this study, the critical point of the weak first-order phase transition between KMnF_3 and MnF_6 octahedra was found to be the (3,+3)-type transition point below 240K. The following phase shift mechanism can be used for the transformation of Mn-F and K-F. 1. The electron density of K-F bond is changed from (3,-1) to (3,+1)ring critical point. The K-F bond at 190K is very weak. 2. Temperature drop, non-harmonic thermal vibration increase, F_(10), F_(10), F_ 3. At the same time, Mn-K bond formation and crystal collapse prevention. The phase shift point is 50-60°, and the phenomenon of "front" is started. A square, Mn-F combination of eyes stand up to see. This is the first time I've seen you. The temperature drop is accompanied by the non-harmonic thermal vibration of F atom, the formation of Mn-K bond, the prevention of crystal collapse, the phase shift point, the K-F bond, and the common movement of F atom. The results of this research are internationally recognized, and in May and August of 2015, the National Crystallization Chemistry Conference and the National Crystallization Chemistry Conference were held. This summer's conference (USA) will be hosted by the Chinese government. At present, this research has been carried out in the past few years, and the crystal structure of hexagonal BaTiO_3 has been analyzed.

项目成果

Y.Ivanov: "Electron Density and electrostatic potential of KMnF_3 : A phase transition study"Acta Crystallographica. B60(In print). (2004)

Y.Ivanov：“KMnF_3 的电子密度和静电势：相变研究”晶体学报。

Y.Ivanov: "The electron density topology changes due to the phase transition in KMnF_3"The first international ceramics forum in Seto, Extended abstracts. 108-109 (2003)

Y.Ivanov：“由于 KMnF_3 中的相变，电子密度拓扑发生变化”濑户第一届国际陶瓷论坛，扩展摘要。

Y.Ivanov: "Multi-temperature electron density measurement of KMnF_3 and its topological analysis"III.National conference on crystal chemistry. Abstracts. 245 (2003)

Y.Ivanov：“KMnF_3的多温度电子密度测量及其拓扑分析”III.全国晶体化学会议。

Y.Ivanov: "The electron density topologychanges due to the phase transition in KMnF_3"Sagamore XIV.Meeting of the IUCr commission on charge, spin and momentum densities. Abstracts. 333 (2003)

Y.Ivanov：“由于 KMnF_3 中的相变，电子密度拓扑发生变化”Sagamore XIV。IUCr 电荷、自旋和动量密度委员会会议。