Рентгеновские исследования эффектов интеркаляции кристаллов фуллерита С₆₀ атомами Ne

Abstract

Рентгеновским методом исследован процесс интеркаляции атомами Ne поликристаллического фуллерита С₆₀ при комнатной температуре и давлении газа 1 атм и температурной зависимости параметра решетки в интервале температур 30–293 К. Установлено, что заполнение октаэдрических пустот ГЦК решетки С₆₀ неоном сопровождается заметным увеличением параметра и объема решетки. Эти изменения в зависимости от времени насыщения удовлетворительно описываются экспонентой. Определена временная константа интеркаляции , которая оказалась равной (179±24) ч, что почти на два порядка больше величины , полученной при повышенном давлении. Предельное насыщение фуллерита неоном достигает почти (48±3)%. Наличие примеси неона в решетке С₆₀ практически не влияет на интенсивность рассеяния рентгеновских лучей, но вследствие неоднородности распределения примеси на первых этапах интеркалирования значительно изменяет ширину отражений. В результате проведенных энергетических расчетов определено, что наиболее вероятным путем миграции атомов Ne в кристаллах фуллерита при интеркаляции являются окта–тетра–октаэдрические пустоты. В области ориентационного фазового перехода обнаружен значительный гистерезис температурных зависимостей параметров решетки. Проведено обсуждение и сопоставление полученных результатов с имеющимися литературными данными.

Рентгенівським методом досліджено процес інтеркаляції атомами Ne полікристалічного фулерита С₆₀ при кімнатній температурі і тиску газу 1 атм і температурної залежності параметра ґратки в інтервалі температур 30–293 К. Встановлено, що заповнення октаедричних порожнин ГЦК ґратки С₆₀ неоном супроводжується помітним збільшенням параметра і об’єму ґратки. Ці зміни в залежності від часу насичення задовільно описуються експонентою. Визначено тимчасову константу інтеркаляції , що виявилася рівною (179 ± 24) г, що майже на два порядки більше величини , яка отримана при підвищеному тиску. Граничне насичення фулерита неоном досягає майже (48 ± 3)%. Наявність домішки неону в ґратках C₆₀ практично не впливає на інтенсивність розсіювання рентгенівських променів, але унаслідок неоднорідності розподілу домішки на перших етапах інтеркаляції значно змінює ширину відображень. У результаті проведених енергетичних розрахунків показано, що найбільш ймовірним шляхом міграції атомів Ne у кристалах фулерита при інтеркаляції є окта–тетра–октаедричні порожнини. В області орієнтаційного фазового переходу виявлено значний гістерезис температурних залежностей параметра ґратки. Проведено обговорення і зіставлення отриманних результатів з даними, які є в літературі.

The powder x-ray diffraction method was used to study the process of saturation by Ne atoms of С₆₀ at room temperature and a Ne gas pressure of 1 bar. We also studied the temperature dependence of the lattice parameter of the saturated sample. We have found that the filling of octahedral voids of the fcc lattice of С₆₀ by neon results in an observable increase of the lattice parameter. This increase as a function of the saturation time is consistently described by an exponential law with the characteristic time constant = (179±24) h, which is almost two orders of magnitude longer than at elevated pressures. The ultimate occupancy of the voids by neon reaches the value (48±3)%. The neon impurity virtually does not affect the reflection intensities but during the initial stage of intercalation considerably increases the width of reflections. We show that the most likely migration pathway of neon atoms in crystalline fullerite С₆₀ is from octahedral to octahedral via tetrahedral voids. A considerable hysteresis stretching from to 270 K has been observed in the temperature dependence of the lattice parameter.