ivdon3@bk.ru
В работе представлены результаты разработки и тестирования программного комплекса HFampl, предназначенной для расчёта фаз и амплитуд рассеяния из первых принципов с использованием точного обменного потенциала Хартри-Фока (ХФ). Разработка с использованием компиляторов с открытым исходным кодом позволяет запускать программу в любых совместимых операционных системах (Windows, Linux, Mac). Тестирование комплекса на металлах, оксидах и железосодержащих водных сульфатных растворах показало хорошую применимость рассчитываемых фаз и амплитуд рассеяния для проведения высокоточного структурного анализа. Разработанное программное обеспечение предназначено для использования при проведении научных исследований атомного строения неупорядоченных, аморфных структур, нанообъектов, а также в учебном процессе для изучения современных методов структурного анализа сложных, многокомпонентных соединений.
Ключевые слова: рассеяние фотоэлектрона, протяженная тонкая структура рентгеновских спектров поглощения, метод Хартри-Фока, межатомное расстояние, обработка экспериментальных данных
01.04.07 - Физика конденсированного состояния , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Отлажена методика механосинтеза сегнетоэлектрических материалов со структурой перовскита без примесных фаз. Получены спектры рентгеновского поглощения за L3 – краями Pb и Ta, измерены размеры областей когерентного рассеяния (D), микродеформации (Δd/d) релаксорного сегнетоэлектрика PbSc0.5Ta0.5O3 (PST) до и после механоактивации - интенсивного силового воздействия в сочетании со сдвиговой деформацией (СВСД), реализуемой в наковальнях Бриджмена. На основе теоретического анализа спектров поглощения XANES за L3 – краем Ta определены изменения в результате механоактивации в ближней локальной атомной и электронной структуре PST.
Ключевые слова: "Сегнетоэлектрические материалы, механоактивация, XANES, дефекты "
Предложена методика определения параметров локальной атомной структуры в окрестности поглощающего атома при наличии различных типов координирующих атомов в условиях сильных корреляций между структурными параметрами. Методика применяется для получения структурных параметров из трех тестовых сигналов, моделирующих L3-EXAFS спектры Pt в наночастицах состава Pt-Ag. На основе результатов проведённых исследований сделан вывод об улучшении по сравнению с общепринятым Фурье-анализом точности определяемых амплитудных параметров.
Ключевые слова: протяжённая тонкая структура рентгеновских спектров поглощения, EXAFS, многомерная оптимизация, корреляция между подгоняемыми параметрами, биметаллические наночастицы, локальная атомная структура, CUDA
С помощью предложенного метода диагностики атомного строения биметаллических наночастиц по EXAFS спектрам изучено атомное строение наночастиц Pt-Ag, входящих в состав металлуглеродных электрокатализаторов PtAg/C. Материалы синтезированны методами совместного и последовательного восстановления атомов платины и серебра из водно-этиленгликольных растворов их солей, с последующей кислотной обработкой. Определены значения структурных параметров ближнего окружения атомов платины. Установлен характер распределения компонентов в наночастицах, построены кластерные модели. Определена относительная доля атомов платины в рабочей оболочке наночастиц и ее зависимость от метода приготовления.
Ключевые слова: Металлуглеродные электрокатализаторы, Биметаллические наночастицы, Катализ, Платина, Спектроскопия рентгеновского поглощения, Атомное строение
Синтезирован и исследован в качестве катодного материала твёрдый раствор LiMn1/3Cr1/3Fe1/3O2 со структурой α-NaFeO2 , изоструктурный широко применяемому LiCoO2. Номинальное напряжение LiMn1/3Cr1/3Fe1/3O2 по отношению к литию составляет 4 В. Экспериментально показана возможность заряда-разряда материала до удельной емкости 220-250 мАч/г при токах С/15-С/50 без фазовых превращений.
Ключевые слова: литий-ионные аккумуляторы, катодные материалы, делафоссит, твердый раствор, рентгеностуктурный анализ, электрохимические свойства
Наностержни AlN, легированные Fe были изучены с помощью рентгеновской спектроскопии поглощения за K и L2,3 краями Fe. Теоретическое моделирование рентгеновских спектров поглощения показывает, что атомы железа, главным образом, замещают атомы Al. Анализ зарядов по Бадеру показывает, что атомы замещения FeAl находятся в зарядовом состоянии 2+, тогда как атомы Al в чистом AlN обладают зарядовым состоянием 3+. Спектры поглощения за L2,3-краем Fe и данные фотолюминесценции указывают на присутствие обоих зарядовых состояний Fe2+ и Fe3+ в наностержнях AlN:Fe.
Ключевые слова: локальная атомная структура, рентгеновская спектроскопия поглощения, разбавленные магнитные полупроводники
В настоящей работе проведено исследование динамики локальной атомной структуры нового наноструктурированного конденсированного материала для возобновляемых источников тока на основе нанокомпозита 15мас.%V2O5/Fe/LiF в процессе электрохимического цикла «зарядки - разрядки». На основе метода основных компонент спектры XANES за Fe K-краем были воспроизведены с высокой точностью линейной комбинацией трех компонент – Fe, FeF2 и V[FeV]O4. По изменению формы спектров за F K- и V K-краям в ходе цикла «зарядка - разрядка» был сделан вывод о средней степени окисления ванадия, приведены плотности электронных состояний.
Ключевые слова: наноструктурированные материалы для возобновляемых источников тока, динамика наноразмерной атомной структуры, XANES
Исследована возможность каналирования рентгеновской флуоресценции внутри полых микрокапилляров при энергии возбуждающего излучения в окрестности SiL2,3 – края поглощения. Теоретически получено угловое распределение поля, прошедшего через микроканалы. Проведенный расчет волновода в модели неоднородного слоя с генерацией рентгеновской флуоресценции внутри стенок микроканалов показывает возможность выхода излучения под большими углами.
Ключевые слова: каналирование рентгеновской флуоресценции, микроканальные пластины, фокусировка рентгеновского излучения,
В настоящей работе проведено исследование локальной атомной и электронной структуры наночастиц золота, функционализированных тиол- и аминосодержащими лигандами, в месте образования связи лиганд-наночастица. Исследование наноразмерной атомной структуры проводилось на основе спектроскопии рентгеновского поглощения (XANES) и проведения компьютерного моделирования. В результате анализа экспериментальных данных и компьютерного моделирования было получено, что более крепкое связывание происходит между атомом серы 11-меркаптоундекановой кислоты и поверхностным атомом золота с образованием связи 2.5 Å, и связывание слабее между атомом азота и поверхностным атомом золота с образованием связи 2.3 Å. Дополнительный анализ спектров XANES на основе DFT объясняет природу формирования исследуемой наноразмерной структуры.
Ключевые слова: наноразмерная структура вещества, спектроскопия рентгеновского поглощения, XANES, теория функционала электронной плотности, DFT, функционализация наночастиц
01.04.07 - Физика конденсированного состояния , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Наноразмерный диоксид церия CeO2 активированный наночастицами платины известен как перспективный и высокоэффективный материал, применяющийся в катализе, топливных элементах и сенсорах. Один из эффективных современных методов исследования катализаторов - рентгеновская спектроскопия поглощения (XAS), чувствительная к химическому состоянию их активных металлических центров [1,2]. C помощью рентгеновской спектроскопии поглощения в режиме флуоресцентного детектирования линии CeL1 с высоким разрешением была изучена электронная структура Pt-активированных наночастиц диоксида церия CeO2 при разных окислительно-восстановительных условиях. Для детектирования частичного выхода рентгеновской флуоресценции была использована линия эмиссии CeLγ3, что позволило повысить спектральное разрешение. Изучена локальная атомная и электронная структура. Определено, что вакансии кислорода образуются на поверхности наночастиц диоксида церия при восстановлении в 5% CO в атмосфере He. Теоретическое моделирование полученных спектров за CeL1-краем показало хорошее согласие с экспериментом.
Ключевые слова: рентгеновская спектроскопия поглощения, HERFD XAS, катализаторы на основе церия, кислородные вакансии
Проведено исследование локального окружения иона меди Cu(I) в пептиде бета-амилоида при помощи XANES спектроскопии для нескольких моделей активного центра бета-амилоида. Модели центра связывания были получены методом молекулярной механики и при помощи теории функционала электронной плотности в программе ADF. Теоретический анализ спектров рентгеновского поглощения проводился на основе метода конечных разностей, реализованного в программе FDMNES. В результате исследования получены модели подходящие для описания центра связывания иона меди в бета-амилоиде.
Ключевые слова: бета амилоид, центр связывания, болезнь Альцгеймера, метод конечных разностей, Cu(I)
В настоящей работе описана методика in-situ исследования катализаторов с помощью спектроскопии рентгеновского поглощения и измерения концентрации Ce3+ в наночастицах CeO2 в процессе каталитической реакции, основанного на сопоставлении спектра рентгеновского поглощения за Ce L3 краем исследуемого катализатора в ходе каталитического процесса (атмосфера, температура), снятых в режиме «на прохождение» с линейной комбинацией двух независимых компонент, соответствующих иону Ce4+ в структуре CeO2 и иону Ce3+ в теоретической структуре Ce2O3. Рассчитанный весовой коэффициент по описанной методике определяет концентрацию ионов Ce3+ в исследуемом образце в процессе каталитических реакций.
Ключевые слова: in-situ исследования, рентгеновская спектроскопия поглощения, HERFD XAS, катализаторы на основе диоксида церия, наночастицы, концентрация ионов Ce3+
В настоящей работе проведено исследование динамики локальной атомной структуры нового наноструктурированного конденсированного материала для возобновляемых источников тока на основе нанокомпозита 15мас.%V2O5/Fe/LiF в процессе электрохимического цикла зарядки и разрядки на основе рентгеновской дифракции (XRD), спектроскопии рентгеновского поглощения (XANES) и проведения компьютерного моделирования. В результате анализа экспериментальных данных получено, что в процессе первого цикла зарядки происходит трансформация металлического железа, входящего в состав нанокомпозита более чем 50% во фторид железа (II), образовавшиеся свободные ионы лития интеркалируются в структуру аморфного V2O5 с образованием соединения LiVO2.
Ключевые слова: наноструктурированные материалы для возобновляемых источников тока, динамика наноразмерной атомной структуры, XANES
Проведён анализ современной научно-технической и нормативной литературы по методам расчёта и анализа спектров рентгеновской дифракции, рентгеновского поглощения и комбинационного рассеяния света для анализа структуры материалов водородной энергетики при реалистичных технологических условиях. Обоснованы и выбраны теоретические методы и средства для разработки методики анализа динамики наноразмерной атомной и электронной структуры материалов водородной энергетики. Проведено многомасштабное компьютерное моделирование динамики наноразмерной атомной и электронной структуры материалов водородной энергетики при реалистичных технологических условиях.
Ключевые слова: водородная энергетика, топливные ячейки, комбинационное рассеяние, рентгеновская дифракция, XANES