Диэлектрики

Ab initio исследования структурных, электронных и колебательных свойств кристаллов со структурой белоусовита

Ю. Н. Журавлев

Кемеровский государственный университет, Кемерово, Россия

Аннотация: Методами теории функционала плотности в обобщенно-градиентном приближении PBE с дисперсионной поправкой D3 и базисом локализованных орбиталей программного кода CRYSTAL выполнен расчет кристаллической, электронной и колебательной структуры белоусовита и его синтетических аналогов $A$Zn(SO$_4$)$X$ ($A$ = K, Rb, Cs, Tl; $X$ = Cl, Br, I). Установлены зависимости постоянных решетки, межатомных расстояний от среднего радиуса катионов $A$ и анионов $X$. Выполнены расчеты распределения плотности электронных состояний и определена их природа. Показано, что структурные особенности кристаллов проявляются в инфракрасных спектрах поглощения, где отдельные полосы в области 1120–1170 и 940–970 cm$^{-1}$ отвечают колебаниям атомов серы и кислорода [SO$_4$] с различными расстояниями S–O. Колебания атомов Zn–O приходятся на область волновых чисел 350 cm$^{-1}$, а Zn–$X$ – от 310 cm$^{-1}$ и ниже. Колебательные моды для $A$–О атомов имеют низкую интенсивность, и их волновые числа приходятся на область ниже 150 cm$^{-1}$. Полученные закономерности могут быть использованы для интерпретации экспериментальных спектров и идентификации белоусовита, его синтетических аналогов и их смесевых составов.

Ключевые слова: теория функционала плотности, синтетические кристаллы, кристаллическая структура, плотность состояний, химическая связь, колебательные спектры, инфракрасное поглощение.

Поступила в редакцию: 05.06.2024
Исправленный вариант: 05.06.2024
Принята в печать: 10.06.2024

DOI: 10.61011/PSS.2024.08.59051.149