Stabilization of the Trigonal Langasite Structure in Ca3Ga2–2xZnxGe4+xO14 (0 ≤ x ≤ 1) with Partial Ordering of Three Isoelectronic Cations Characterized by a Multitechnique Approach

化学 结晶学 八面体 中子衍射 晶体结构 单斜晶系 X射线晶体学 背景(考古学) 结晶 衍射 物理 地质学 光学 古生物学 有机化学
作者
Haytem Bazzaoui,Cécile Genevois,Dominique Massiot,Vincent Sarou‐Kanian,Emmanuel Véron,Sébastien Chenu,Přemysl Beran,Michael J. Pitcher,Mathieu Allix
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:61 (24): 9339-9351 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.2c01173
摘要

Crystallization of oxide glasses rich in Zn2+, Ga3+, and Ge4+ is of interest for the synthesis of new transparent ceramics. In this context, we report the identification and detailed structural characterization of a new solid solution Ca3Ga2-2xZnxGe4+xO14 (0 ≤ x ≤ 1). These compounds adopt the trigonal langasite structure type, offering three possible crystallographic sites for the coordination of isoelectronic Zn2+, Ga3+, and Ge4+. We used neutron diffraction to determine distributions of Ga3+/Ge4+ and Zn2+/Ge4+ in the simpler end members Ca3Ga2Ge4O14 and Ca3ZnGe5O14, while for the complex intermediate member Ca3GaZn0.5Ge4.5O14, we used an original approach combining quantitative 2D analysis of atomic-resolution STEM-EDS maps with neutron diffraction. This revealed that, across the solid solution, the tetrahedral D sites remain fully occupied by Ge4+, while Zn2+, Ga3+, and the remaining Ge4+ are shared between octahedral B- and tetrahedral C sites in proportions that depend upon their relative ionic radii. The adoption of the trigonal langasite structure by glass-crystallized Ca3ZnGe5O14, a compound that was previously observed only in a distorted monoclinic langasite polymorph, is attributed to substantial disorder between Zn2+ and Ge4+ over the B and C sites. The quantitative 2D refinement of atomic-resolution STEM-EDS maps is applicable to a wide range of materials where multiple cations with poor scattering contrast are distributed over different crystallographic sites in a crystal structure.

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