Введение к работе
Актуальность работы. Хорошо известно, что тенденция использования в научных исследованиях вычислительного эксперимента вместе (или даже вместо) с физическим непрерывно возрастает. Об этом свидетельствует и анализ проведенных автором в настоящей работе публикаций. С другой стороны, выбранные для экспериментального исследования минеральные системы были недостаточно изучены, поэтому сочетание теоретического моделирования и прецизионного эксперимента позволило получить новую полезную информацию о структуре и свойствах диоксидов и силикатов титана и олова.
Научная новизна работы:
1. Предложен новый алгоритм учета энергии переноса заряда от катионов к анионам
в методике структурного моделирования.
-
Разработана оригинальная методика поиска минимума энергии атомизации химических соединений. Методика была успешно опробована при моделировании различных неорганических соединений, что позволило оценить атомные заряды и ряд неизвестных упругих и диэлектрических свойств.
-
Проведены прецизионные рештеноструктурные эксперименты по уточнению структур и синтезу электронной плотности в диоксиде олова, а также в титаните и малаяите. Проведен анализ карт электронного распределения в этих соединениях.
-
Проведено мессбауэровское исследование малаяита, представлено объяснение аномально большого квадрупольного расщепления на ядре олова в этом силикате.
5. Предложена модифицированная модель точечных зарядов, позволяющая
воспроизвести экспериментально наблюдаемые в гамма-резонансной спектроскопии
величины квадруполъных расщеплений на ядрах олова. Модель успешно опробована
на изучаемых объектах.
Практическая значимость работы 1. Разработанная методика оптимизации кристаллической структуры с помощью поиска минимума энергии атомизации позволяет производить структурное моделирование неорганических соединений различных минералогических классов, оценивать атомные заряды и ряд физических свойств этих соединений. При этом появилась возможность сопоставлять рассчитанную энергию атомизации с экспериментальными термохимическими данными, что невозможно в случае
использования других методов теоретического моделирования кислородньк соединений.
2. Разработанная модифицированная модель точечных зарядов может быть применена
для быстрого и достаточно точного определения градиентов электрических полей на
ядрах атомов в кристаллах, для которых известно распределение электронной
плотности.
3. Предсказаны значения упругих и диэлектрических констант малаяита,
экспериментально до этого не измерявшиеся.
-
Сделаны рекомендации о возможности использования оловянного изотопа в качестве мессбауэровского зонда в ряде соединений.
-
Сделаны практические выводы по поводу специфики интерпретации карт электронной плотности в соединениях, содержащих четырехвалентное олово.
На зашиту выносятся:
1 Алгоритм смешивания энергий электронных уровней валентных орбиталей в
кристаллах неорганических соединений.
2 Методика поиска минимума энергии атомизации соединения как функции степени
ионности химической связи.
3. Использование зарядового распределения в кристаллах для улучшения модели
точечных зарядов при расчетах градиентов электрических полей на ядрах атомов в
кристаллах.
4 Измеренные и рассчитанные свойства БпОг, CaSnSiOs, CaTiSiOs, полученные
рентгеноструктурным и мессбауэровским анализом, а также теоретическим
моделированием.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на конференции молодых ученых МГУ в 1993 году (1 доклад), на 3-ей сессии по проблемам прикладной кристаллохимии (Петергоф, 1993 - 2 доклада), на 5-ом международном совещании по ядерно-спектроскопическим исследованиям сверхтонких взаимодействий (Дубна, 1993 г. - 1 доклад), на международном совещании SAGAMORE XI (Брест, Франция, 1994 г. - 2 доклада) и на 2-ом Европейском совещании по резонансной спектроскопии в минералогии (Берлин, Германия, 1995 - 1 доклад). Опубликовано 5 статей. Список печатных работ приведен в конце автореферата.
Работа выполнена в Институте геохимии и аналитической химии им.В.И.Вернадского РАН, а также на кафедре кристаллографии и кристаллохимии Геологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова. Часть мессбауэровских работ была проведена в лаборатории общей физики Физического факультета МГУ.
Структура и объем работы.- Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, включая 15 таблиц и 56 рисунков. Список литературы насчитывает 140 наименований.
Похожие диссертации на Теоретическое моделирование и прецизионные экспериментальные исследования оксидов и силикатов олова и титана
