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晶體日記 (十三) - “心結(jié)”

閱讀:1011      發(fā)布時(shí)間:2024-8-8
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有意思的晶體

有些有意思的晶體只在書里看到過,現(xiàn)實(shí)中總也碰不到就覺得特別的惋惜。不過就算遇到了,心里也在那里犯嘀咕,不到后面解出合理的結(jié)構(gòu),總不能確定到底猜謎猜的對不對。

不知道有多少人在書里看到這么一個(gè)例子,一個(gè)看起來超級像六方的晶體,實(shí)際上是三個(gè)正交晶體的孿晶。不過書里沒有衍射圖,所有的分析都是基于hkl文件的規(guī)律獲得。整個(gè)推理的過程,書里寫的很詳細(xì),但是自己讀的云里霧里,無奈只好苦笑于做學(xué)生時(shí)沒有好好讀書,打好基礎(chǔ),太急功近利,關(guān)注于結(jié)果。不過還好重點(diǎn)還是能get到的,簡單來說就在于怎么能在這么隱蔽的孿晶中,獲得正確的晶胞,而后所有的問題都會(huì)迎刃而解。

▲圖1:書上的3 fold twin

心結(jié)

其實(shí)這樣的孿晶曾經(jīng)遇到過,不過是在老師之前的工作提示下才找到正確的解,也沒有備份原始的數(shù)據(jù),想來真是可惜,久而久之成了心結(jié)。隔了數(shù)年,終于有位老師發(fā)來了類似的數(shù)據(jù)求助,而這個(gè)數(shù)據(jù)也是他的心結(jié)。這個(gè)數(shù)據(jù)困擾了老師很多年,從博士到工作。測過很多次單晶的數(shù)據(jù),但每次的結(jié)果都是大同小異,看起來很漂亮的數(shù)據(jù),卻是很亂無解的結(jié)構(gòu)。久而久之,這就成了一個(gè)心結(jié),即便已經(jīng)與畢業(yè)沒有關(guān)系。于是,我收到了“所有"測過的數(shù)據(jù)。然而看到壓縮文件的大小,心里涼了一半,追問下來確實(shí)老師只保留了處理好的數(shù)據(jù),而沒有衍射圖。我也深知大多數(shù)同學(xué)沒有保留衍射圖的習(xí)慣,然而如果每個(gè)數(shù)據(jù)都是按照錯(cuò)誤的方式處理的,我也回天乏術(shù)。正在無可奈何的時(shí)候,在接近一個(gè)盲盒里,看到了無意間保留下來的衍射圖。有衍射圖,那么成功解謎的概率就會(huì)較大增加。不過我更希望這些無意應(yīng)該是“有意"。這也是這些年我一直想努力去改變的,在同學(xué)們心中根深已久的“習(xí)慣"之一。

因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)劇透過,所以整個(gè)數(shù)據(jù)的處理過程,只是拆分孿晶一步步操作。表觀上那么整齊的六方晶系衍射點(diǎn),實(shí)際上只是3個(gè)正交的晶體鑲嵌在了一起。與書上不同的是,這里的正交I,而不是正交P。實(shí)際上,很多位置缺失的衍射點(diǎn),已經(jīng)可以看出原本晶胞的問題。(圖3 )

▲圖2:現(xiàn)實(shí)中的3-fold twin

▲圖3:Wrong Unit Cell

打開心結(jié)

找到了困擾心結(jié)的問題的關(guān)鍵,后續(xù)的結(jié)構(gòu)解析已經(jīng)不再重要。錯(cuò)誤的六方晶胞明顯是偏大的。這是由于孿晶接近完整,三個(gè)晶體的交錯(cuò)走位,讓鄰近的衍射點(diǎn)在倒易空間中排列。而程序也在追求指標(biāo)化率的路上走向了歧途。然而這樣的問題在粉末衍射里并不存在。三維空間的衍射點(diǎn)結(jié)果落回到一維,同樣HKL指標(biāo)的衍射點(diǎn)終會(huì)落回到同一個(gè)2θ角。即便粉末衍射的指標(biāo)化會(huì)有成功率低和判斷不準(zhǔn)的問題,不過孿晶的問題對于粉末衍射幾乎沒有影響,它本來就是無數(shù)晶體的孿晶。

好在這個(gè)晶體也有粉末衍射的數(shù)據(jù)。通過TOPAS指標(biāo)化,我們幾乎可以得到同樣的晶胞參數(shù),而之前得到六方的大晶胞參數(shù)則無法得到。即便得到也無法和實(shí)際的PXRD圖譜相對應(yīng)。當(dāng)然懂晶體的同學(xué)們,可以使用APEX3/4非常簡單地在衍射圖上分析得到:大晶胞對應(yīng)更多的衍射點(diǎn),而這些衍射點(diǎn)其實(shí)并不存在。

▲圖4:PXRD的指標(biāo)化消除孿晶的影響

所以測試得到的粉末圖譜,不只是簡單地去驗(yàn)證結(jié)構(gòu)是否正確。這種使用方法,原則上較多只是驗(yàn)證物相是否純,亦或是挑取的單晶是否表示大多數(shù)物相。而反過來去使用也可以在第一步幫助我們分析問題。 

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