Cluster Self-Organization of Intermetallic Systems: Clusters-Precursors K15, K6, K5, and K4 for the Self-Assembly of Crystal Structures Pu31Rh20-tI204, Pu20Os12-tI32, (Pu4Co)2(Pu4)-tI28, (Ti4Ni)2(Bi4)-tI28, and Bi4-tI8

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Using the ToposPro software package, a combinatorial-topological analysis and modeling of the self-assembly of the following crystal structures with space group I4/mcm are realized: Pu31Rh20-tI204: a = 11.076 Å, c = 36.933 Å, V = 4530.86 Å3, Pu20Os12-tI32: a = 10.882 Å, c = 5.665 Å, V = 670.8 Å3. (Pu4Co)2 (Pu4)-tI28: a = 10.475 Å, c = 5.340 Å, V = 585.9Å3. (Ti4Ni)2(Bi4)-tI28: a = 10.554 Å, c = 4.814 Å, V = 536.2Å3, Bi4-tI8: a = 8.518 Å, c = 4.164 Å, V = 302.15 Å3. For the crystal structure of Pu31Rh20-tI204, 113 variants of the cluster representation of the 3D atomic network with the following number of structural units are established: 4 (14 variants), 5 (61 variants), and 6 (38 variants). A variant of the self-assembly of the crystal structure with the participation of three types of framework-forming polyhedra is considered: K15 = Pu@14(Rh2Pu5)2 with symmetry –42m, double pyramids K10 = (Rh@Pu4)2 with symmetry 4, and octahedra K6 = 0@8(Rh2Pu6) with symmetry mmm and spacers Rh. For the crystal structure of Pu20Os12-tI32, framework-forming pyramid-shaped polyhedra K5 = 0@OsPu4 with symmetry 4, as well as spacers Pu and Os, are defined. For the crystal structure (Ti4Ni)2(Bi4), frame-forming pyramids K5 = 0@Ti4Ni and tetrahedra K4 = 0@Bi4) are defined. For the crystal structure (Pu4Co)2(Pu4)-tI28, frame-forming pyramids K5 = 0@ Pu4Co and tetrahedra K4 = 0@Pu4 are defined. For the crystal structure of Bi4-tI8, frame-forming tetrahedra K4 = 0@Bi4 are defined. The symmetric and topological code of self-assembly processes of 3D structures is reconstructed from clusters-precursors in the following form: primary chain → layer → framework.

About the authors

V. Ya. Shevchenko

Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry, Russian Academy of Sciences, 199034, St. Petersburg, Russia

Email: shevchenko@isc.nw.ru
Россия, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова 2

G. D. Ilyushin

Federal Research Center “Crystallography and Photonics”, 119333, Moscow, Russia

Author for correspondence.
Email: gdilyushin@gmail.com
Россия, 119333, Москва, Ленинский пр. 59

References

  1. Inorganic crystal structure database (ICSD). Fachinformationszentrum Karlsruhe (FIZ), Germany and US National Institute of Standard and Technology (NIST), USA.
  2. Pearson’s Crystal Data-Crystal Structure Database for Inorganic Compounds (PCDIC) ASM International: Materials Park, OH.
  3. Cromer D.T. Plutonium-platinum Pu2Pt //Acta Crystallographica B. 1978. V. 34. P. 2608–2610.
  4. Cromer D.T., Larson A.C. The structure of Pu5Pt3 // Acta Crystallographica B. 1975. V. 31. P. 1758–1759.
  5. Beznosikova A.V., Chebotarev N.T., Lukyanov A.S., Chernyi A.V., Smirnova A.E. Crystal structures of Pu5Ru3, Ph5Rh3, Pu5Os3, Pu5Ir3, Pu5Pt3 // Atomnaya Energiya. 1974. V. 37. P. 144–148.
  6. Cromer D.T., Larson A.C. The crystal structure of Pu31Pt20 and Pu31Rh20 // Acta Crystallographica B. 1977. V. 33. P. 2620–2627.
  7. Cromer D.T. Plutonium-rhodium Pu5Rh4. The crystal structures of the compounds Pu5 Rh4 and Pu5Ir4 // Acta Crystallographica B. 1977. V. 33. P. 1993–1995.
  8. Kutaitsev V.I., Chebotarev N.T., Andrianov M.A., Konev V.N.,Lebedev I.G., Bagrova V.I., Beznosikova A.V., Kruglov A.A., Petrov P.N., Smotritskaya E.S. Phase diagrams of plutonium with metals of groups IIA, IVA, VIII, and IB // Soviet Atomic Energy. 1967. V. 23. P. 1279–1287.
  9. Erdman B., Keller C. The preparation of actinide (+ zirconium and hafnium) – noble metal alloy phases by coupled reductions // Inorganic and Nuclear Chemistry Letters. 1971. V. 7. P. 675–683.
  10. Kutaitsev V.I., Chebotarev N.T., Lebedev I.G., Andrianov M.A., Konev V.M., Menshikova T.S. Phase diagrams of plutonium with metals of groups IIA, IVA, VIII, and IB // Plutonium 1965, Proc. Int. Conf. 1967. P. 420–449. Atomnaya Energiya. 1967. V. 23 P. 511–519.
  11. Land C.C., Peterson D.E., Roof R.B. Phase invetigations of the Pu–Pt, Pu–Rh, and Pu–Pt–Rh systems // Journal of Nuclear Materials. 1978. 75. P. 262-273
  12. Erdman B., Keller C. Noble metal alloy phases, preparation and properties // Journal of Solid State Chemistry. 1973. 7. P. 40-48
  13. Land C.C., Peterson D.E., Roof R.B. Phase investigations of the Pu–Pt, Pu–Rh, and Pu–Pt – Rh systems // Journal of Nuclear Materials. 1978. 75. P. 262–273.
  14. Lawson A.C. Jr., Williams A., Huber J.G., Roof R.B. Jr. Magnetic structure of UPt // Journal of the Less-Common Metals. 1986. V. 120. P. 113–122.
  15. Degtyareva O., McMahon M.I., Nelmes R.J. Crystal structure of the high pressure phase of bismuth Bi-III // Materials Science Forum. 2001. V. 378. P. 469–474.
  16. Ilyushin G.D. New Cluster Precursors K5 Pyramids and K4 Tetrahedra for Self-Assembly of Crystal Structures of Mn4(ThMn4)(Mn4)-tI26, Mn4(CeCo4)(Co4)-tI26, and MoNi4-tI10 Families // Crystallography Reports. 2022. V. 67. Issue 7. P. 1088–1094.
  17. Shevchenko V.Y., Medrish I.V., Ilyushin G.D., Blatov V.A. From clusters to crystals: Scale chemistry of intermetallics // Structural Chemistry. 2019. V. 30. P. 2015–2027.
  18. Ilyushin G.D. Intermetallic Compounds NakMn (M = K, Cs, Ba, Ag, Pt, Au, Zn, Bi, Sb): Geometrical and Topological Analysis, Cluster Precursors, and Self-Assembly of Crystal Structures // Crystallography Reports. 2020. V. 65. № 4. P. 539–545.
  19. Ilyushin G.D. Intermetallic Compounds KnMm (M = Ag, Au, As, Sb, Bi, Ge, Sn, Pb): Geometrical and Topological Analysis, Cluster Precursors, and Self-Assembly of Crystal Structures // Crystallography Reports. 2020. V. 65. № 7. P. 1095–1105.
  20. Ilyushin G. D. Intermetallic Compounds CsnMk (M = Na, K, Rb, Pt, Au, Hg, Te): Geometrical and Topological Analysis, Cluster Precursors, and Self-Assembly of Crystal Structures // Crystallography Reports. 2022 V. 67. Iss. 7. P. 1075–1087.
  21. Blatov V.A., Shevchenko A.P., Proserpio D.M. Applied Topological Analysis of Crystal Structures with the Program Package ToposPro // Cryst. Growth Des. 2014. V. 14. № 7. P. 3576–3585.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (116KB)
3.

Download (236KB)
4.

Download (459KB)
5.

Download (110KB)
6.

Download (197KB)
7.

Download (251KB)
8.

Download (133KB)
9.

Download (530KB)
10.

Download (501KB)
11.

Download (686KB)

Copyright (c) 2023 В.Я. Шевченко, Г.Д. Илюшин

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».