Рентгеноструктурные и кристаллохимические исследования веществ синтетического и природного происхождения со специальными физико-химическими свойствами для поиска новых функциональных материалов (раздел 1)

Изучены строение, полиморфные фазовые переходы, структурные переходы при дегидратации в ряде новых комплексных фторидов элементов IV – V групп в широком диапазоне температур. Установлены основные сходства и отличия в кристаллических постройках при полиморфных переходах. Для большинства соединений выявлен механизм структурных превращений. Показано, что в соединении K₀,₇Rb₀,₃SbF₄ переход к диффузии ионов осуществляется в результате фазового перехода с образованием высокопроводящей β-фазы, которая характеризуется неравномерным заселением катионами катионных позиций и, как следствие, низкими энергиями активации локальных (диффузионных) движений в анионной и катионной подрешетках. Соединение MgZrF₆ • 5H₂O при комнатной температуре характеризуется разупорядоченной системой водородных связей. Фазовый переход моноклинная ↔ двухдоменная триклинная фаза (β-MgZrF₆ • 5H₂O) сопровождается упорядочением позиций атомов водорода и системы водородных связей. При частичной дегидратации исходного соединения (MgZrF₆ • 2H₂O), изолированные цепи реберносвязанных ZrF₈-додекаэдров и MgF₂(H₂O)₄-октаэдров, объединяются в трехмерный каркас. На заключительной стадии дегидратации соединение MgZrF₆ построено из правильных ZrF₆ и MgF₆ октаэдров, объединенных в трехмерный каркас линейными мостиками Zr–F–Mg. Для пентафторидотеллурата(IV) калия установлено, что фазовый переход ромбической фазы в моноклинную фазу является обратимым с температурным гистерезисом 130˚. Показано, что период с в ромбической структуре имеет отрицательный коэффициент теплового расширения. В соединении Li(NH₄)₆Zr4F₂₃ фазовый переход является обратимым с температурным гистерезисом более 100˚; сопровождается понижением симметрии от ромбической I-центрированной до ромбической примитивной и увеличением объема элементарной ячейки в 16 раз. Установлены формы и размеры полостей в кристаллических постройках, а также возможные пути миграции атомов фтора в процессе диффузионного движения по кристаллу. Результаты структурных исследований могут быть использованы для поиска и синтеза новых функциональных материалов со специальными физико-химическими свойствами. Целью также являлось выявление среди вулканических минералов Камчатки фрустрированных антиферромагнетиков, которые могут стать новыми магнитными материалами для спинтроники. Проведен расчет знака и силы магнитных взаимодействий на основе структурных данных с помощью кристаллохимического метода в большом количестве минералов Толбачинских вулканов Камчатки. Установлено, что фрустрация антиферромагнитной структуры является характерным свойством вулканических минералов, кристаллическая структура которых образована оксицентрированными тетраэдрами (OMe₄) магнитных металлов. Отобраны фрустрированные квазиодномерные антиферромагнитные минералы ключевскит (K₃Cu₃(Fe₀,₈₂Al₀,₁₈)O₂(SO₄)₄), пийпит (K₄Cu₄O₂(SO₄)₄MeCl) и камчаткит KCu₃OCl(SO₄)₂, и подробно исследована и описана их магнитная структура. Найден и исследован хиральный солитон KCo(HCOO)₃, в котором, согласно расчетам, существует взаимосвязь между хиральной поляризацией кристаллической и магнитной структур. Этот полиморф может послужить модельным объектом для поиска подобных материалов среди магнитных минералов Камчатки.