Evaluierung der harmonischen Näherung durch Berechnung anisotroper Auslenkungsparameter

Mroz, Damian Patrick; Raabe, Gerhard; Dronskowski, Richard

doi:10.18154/RWTH-2020-09523

Evaluierung der harmonischen Näherung durch Berechnung anisotroper Auslenkungsparameter = Evaluation of the harmonic approximation based on the calculation of anisotropic displacement parameters

Mroz, Damian Patrick^RWTH*

2020

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Damian Patrick Mroz, M.Sc.

ImpressumAachen 2020

Umfang1 Online-Ressource (xiv, 111 Seiten)

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Dronskowski, Richard (Thesis advisor)^RWTH* ; Raabe, Gerhard (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2020-08-14

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2020-09523
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/803147/files/803147.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Dichtefunktionaltheorie (frei) ; Festkörperchemie (frei) ; Gitterdynamik (frei) ; Molekülkristalle (frei) ; Phononen (frei) ; anisotrope Auslenkungsparameter (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
In dieser Arbeit wurde die harmonischen Näherung im Hinblick auf anisotrope Auslenkungsparameter (ADPs) evaluiert. Mithilfe der DFT-Methode in Kombination mit Phononenrechnungen ist ein theoretischer Zugang zu diesen Parametern möglich, welche gewinnbringend bei kristallographischen Fragestellungen eingesetzt werden können. So ist beispielsweise die anisotrope Verfeinerung von Wasserstoff auf Grundlage der Ergebnisse aus der Röntgenbeugung im Allgemeinen nicht möglich. Die Theorie kann an dieser Stelle genutzt werden, um bei der Strukturverfeinerung eine Hilfsbeitrag zu leisten. Aus experimenteller Sicht wiederum ist die Behandlung von Schweratomen relativ einfach. Die theoretische Vorhersage solcher ADPs kann aber die Theorie prinzipiell vor Probleme stellen, da hier kleine Frequenzen auftreten und so kleine Änderungen bereits großen Einfluss auf die vorhergesagten ADPs haben können. Dementsprechend ergänzen sich Theorie und Experiment in ihren jeweiligen Schwächen. Allerdings zielt diese Arbeit auch genau auf die nähere Beleuchtung der potentiellen Probleme in der Theorie, aber auch im Experiment ab. Möglicherweise ist das Problem der Schweratome in der Theorie nicht so ausgeprägt, wie es prinzipiell zu vermuten wäre. Es könnte vielmehr auch sein, dass das Experiment selbst, welches immer als Vergleichsbasis dient, mit Problemen zu kämpfen hat. Beispielsweise könnten Absorptionsprobleme oder eine unzureichende Redundanz der Messungen für systematische oder statistische Fehler sorgen. Es ist damit vorstellbar, dass die Qualität der harmonischen Näherung schon ausreichend ist. Um nun eine einheitliche Bewertung der Güte der theoretischen ADPs zu gewährleisten, wird das Experiment um Synchrotronmessungen an zwei isomorphen Molekülkristallen erweitert, um so einen wechselseitige Evaluierung von Theorie und Experiment zu ermöglichen. Die Messungen am Synchrotron werden auch noch genutzt, um temperaturaufgelöste ADPs eines Testsystems zu erhalten, um den Bereich zu charakterisieren, in welchem die Theorie zufriedenstellende ADPs liefern kann. Außerdem wird ein neuen quantitatives Gütekriterium ermittelt, welches die Übereinstimmung zwischen den Richtungen der thermischen Auslenkung aus der Theorie und dem Experiment quantifiziert. Ziel ist es, ein intuitiv verständliches Vergleichskriterium zu entwickeln. Zusammenfassend soll diese Arbeit dazu dienen, die Güte der harmonischen Näherung möglichst vielschicht im Bezug aus das Experiment herauszuarbeiten.

This thesis deals with the evaluation of the harmonic approximation based on anisotropic displacement parameters. It is possible to obtain these parameters with the help of the DFT method in conjunction with phonon calculations. These ADPs can potentially be used with regard to crystallography. One example of this is the anisotropic refinement of hydrogen based on XRD results, which is generally not possible. Therefore theory can be used to help with the task of structure refinement. In contrast to this the experimental treatment of heavy atoms is relatively easy. However, the theoretical prediction of such ADPs can potentially be problematic, because small frequencies in the case of heavy atoms may lead to huge deviations in the results. Small changes may already significantly affect the calculated ADPs. Therefore, theory and experiment are complementary to each other. Nonetheless, this thesis aims to study the potential problems of both of them. It is conceivable that problems with heavy atoms may not be as pronounced as expected. It is possible that the experiment, which serves as the benchmark for the theory, may suffer from problems. Such problematic areas could be absorption problems or insufficient redundancy of the measurements, which can result in systematic or statistical errors. It may well be possible that the quality of the harmonic approximation is already sufficient. In order to ensure a homogeneous evaluation of theoretical ADPs, the experiment is extended with synchrotron measurements of two isomorphous molecular crystals to enable a mutual evaluation of theory and experiment. Furthermore, these synchrotron measurements are also used to obtain temperature resolved ADPs, which can be used to characterize the range for which theory predicts satisfactory anisotropic displacement parameters. Moreover, a new quantitative tool for the correspondence between theoretical and experimental direction of thermal movement is developed. The aim is to develop an intuitive tool that can be used to compare the results from theory and experiment. In summary, this thesis tries to illustrate the quality of the harmonic approximation from different points of view.

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