Published June 24, 2019 | Version v1
Publication Open

Stacking sequence variations in vaterite resolved by precession electron diffraction tomography using a unified superspace model

Creators

  • 1. Czech Academy of Sciences, Institute of Physics
  • 2. University of Béjaïa
  • 3. Laboratoire de Cristallographie et Sciences des Matériaux

Description

Abstract As a metastable phase, vaterite is involved in the first step of crystallization of several carbonate-forming systems including the two stable polymorphs calcite and aragonite. Its complete structural determination would consequently shed important light to understand scaling formation and biomineralization processes. While vaterite's hexagonal substructure ( a 0 ~ 4.1 Å and c 0 ~ 8.5 Å) and the organization of the carbonate groups within a single layer is known, conflicting interpretations regarding the stacking sequence remain and preclude the complete understanding of the structure. To resolve the ambiguities, we performed precession electron diffraction tomography (PEDT) to collect single crystal data from 100 K to the ambient temperature. The structure was solved ab initio and described over all the temperature range using a unified modulated structure model in the superspace group C 12/ c 1( α 0 γ )00 with a = a 0 = 4.086(3) Å, b = $$\sqrt{{\bf{3}}}$$ 3 a 0 = 7.089(9) Å, c = c 0 = 8.439(9) Å, α = β = γ = 90° and q = $$\tfrac{{\bf{2}}}{{\bf{3}}}$$ 2 3 a * + γc *. At 100 K the model presents a pure 4-layer stacking sequence with γ = $$\tfrac{{\bf{1}}}{{\bf{2}}}$$ 1 2 whereas at the ambient temperature, ordered stacking faults are introduced leading to γ < $$\tfrac{{\bf{1}}}{{\bf{2}}}$$ 1 2 . The model was refined against PEDT data using the dynamical refinement procedure including modulation and twinning as well as against x-ray powder data by the Rietveld refinement.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الخلاصة كمرحلة مستقرة، يشارك الفاتريت في الخطوة الأولى من تبلور العديد من أنظمة تشكيل الكربونات بما في ذلك اثنين من الكالسيت متعدد الأشكال المستقر والأراغونيت. وبالتالي فإن تحديده الهيكلي الكامل من شأنه أن يلقي ضوءًا مهمًا لفهم عمليات تشكيل القشور والتمعدن الحيوي. في حين أن البنية التحتية السداسية للفاتيريت (0 ~ 4.1 Å و c 0 ~ 8.5 Å) وتنظيم مجموعات الكربونات داخل طبقة واحدة أمر معروف، إلا أن التفسيرات المتضاربة فيما يتعلق بتسلسل التراص لا تزال قائمة وتحول دون الفهم الكامل للهيكل. لحل أوجه الغموض، أجرينا التصوير المقطعي بالحيود الإلكتروني المسبق (PEDT) لجمع بيانات بلورية واحدة من 100 كلفن إلى درجة الحرارة المحيطة. تم حل الهيكل من البداية ووصفه على جميع نطاق درجة الحرارة باستخدام نموذج هيكل مضمن موحد في مجموعة الفضاء الفوقي C 12/ c 1( α 0 γ )00 مع a = 0 = 4.086(3) Å، b = $$\ sqrt {{\bf{3 }}}$ 3 a 0 = 7.089 (9) Å، c = c 0 = 8.439 (9) Å، α = β = γ = 90° و q = $$\ tfrac {{\bf{2 }}}{{\ bf{3 }}}$ 2 3 a * + γc *. عند 100 كلفن، يقدم النموذج تسلسل تكديس نقي من 4 طبقات مع γ = $\ tfrac {{\bf{1 }}}{{\ bf{2 }}}$ 1 2 بينما في درجة الحرارة المحيطة، يتم إدخال أخطاء تكديس مرتبة تؤدي إلى γ <$$\ tfrac {{\bf{1 }}}{{\ bf{2 }}}$ 1 2 . تم صقل النموذج مقابل بيانات PEDT باستخدام إجراء الصقل الديناميكي بما في ذلك التعديل والتوأمة وكذلك ضد بيانات مسحوق الأشعة السينية بواسطة صقل ريتفيلد.

Translated Description (French)

Résumé En tant que phase métastable, la vatérite intervient dans la première étape de cristallisation de plusieurs systèmes carbonatants dont les deux polymorphes stables calcite et aragonite. Sa détermination structurelle complète apporterait par conséquent un éclairage important pour comprendre les processus de formation d'échelle et de biominéralisation. Bien que la sous-structure hexagonale de la vatérite ( a 0 ~ 4,1 Å et c 0 ~ 8,5 Å) et l'organisation des groupes carbonates au sein d'une seule couche soient connues, des interprétations contradictoires concernant la séquence d'empilement demeurent et empêchent la compréhension complète de la structure. Pour résoudre les ambiguïtés, nous avons effectué une tomographie par diffraction électronique de précession (PEDT) pour collecter des données monocristallines de 100 K à la température ambiante. La structure a été résolue ab initio et décrite sur toute la plage de température en utilisant un modèle de structure modulée unifiée dans le groupe de superespace C 12/ c 1( α 0 γ )00 avec a = a 0 = 4,086(3) Å, b = $$\sqrt{{\bf{3}}}$$ 3 a 0 = 7,089(9) Å, c = c 0 = 8,439(9) Å, α = β = γ = 90° et q = $$\tfrac{{\bf{2}}}{{\bf{3}}}$$ 2 3 a * + γc *. À 100 K, le modèle présente une séquence d'empilement à 4 couches pure avec γ = $$\tfrac{{\bf{1}}}{{\bf{2}}}$$ 1 2 alors qu'à la température ambiante, des défauts d'empilement ordonnés sont introduits conduisant à γ < $$\tfrac{{\bf{1}}}{{\bf{2}}}$ 1 2 . Le modèle a été affiné par rapport aux données PEDT en utilisant la procédure de raffinement dynamique comprenant la modulation et le jumelage ainsi que par rapport aux données de poudre à rayons X par le raffinement Rietveld.

Translated Description (Spanish)

Resumen Como fase metaestable, la vaterita participa en el primer paso de la cristalización de varios sistemas formadores de carbonato, incluidos los dos polimorfos estables calcita y aragonita. En consecuencia, su determinación estructural completa arrojaría una luz importante para comprender los procesos de formación de incrustaciones y biomineralización. Si bien se conoce la subestructura hexagonal de la vaterita (a 0 ~ 4.1 Å y c 0 ~ 8.5 Å) y la organización de los grupos carbonato dentro de una sola capa, las interpretaciones contradictorias con respecto a la secuencia de apilamiento permanecen e impiden la comprensión completa de la estructura. Para resolver las ambigüedades, realizamos una tomografía de difracción electrónica de precesión (PEDT) para recopilar datos de monocristales desde 100 K hasta la temperatura ambiente. La estructura se resolvió ab initio y se describió en todo el rango de temperatura utilizando un modelo de estructura modulada unificada en el grupo superespacial C 12/ c 1( α 0 γ )00 con a = a 0 = 4.086(3) Å, b = $$\sqrt{{\bf{3}}}$$ 3 a 0 = 7.089(9) Å, c = c 0 = 8.439(9) Å, α = β = γ = 90° y q = $$\tfrac{{\bf{2}}}{{\bf{3}}}$$ 2 3 a * + γc *. A 100 K, el modelo presenta una secuencia de apilamiento pura de 4 capas con γ = $$\tfrac{{\bf{1}}}{{\bf{2}}}$ 1 2 , mientras que a temperatura ambiente, se introducen fallas de apilamiento ordenadas que conducen a γ < $$\tfrac{{\bf{1}}}{{\bf{2}}}$ 1 2 . El modelo se refinó contra los datos de PEDT utilizando el procedimiento de refinamiento dinámico que incluye modulación y hermanamiento, así como contra los datos de rayos X en polvo por el refinamiento de Rietveld.

Files

s41598-019-45581-6.pdf.pdf

Files (5.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:9cb56f514b76672132783ec0edf13c7d
5.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تكدس اختلافات التسلسل في vaterite التي تم حلها بواسطة التصوير المقطعي بالحيود الإلكتروني المسبق باستخدام نموذج الفضاء الفائق الموحد
Translated title (French)
Variations de séquence d'empilement dans la vatérite résolues par tomographie par diffraction électronique de précession à l'aide d'un modèle superespace unifié
Translated title (Spanish)
Variaciones de secuencia de apilamiento en vaterita resueltas por tomografía de difracción electrónica de precesión utilizando un modelo de superespacio unificado

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2955088036
DOI
10.1038/s41598-019-45581-6

Is supplement to
https://openalex.org/W815650619 (Other)
https://openalex.org/W4400191489 (Other)
https://openalex.org/W2469894976 (Other)
https://openalex.org/W2361695941 (Other)
https://openalex.org/W2343798475 (Other)
https://openalex.org/W2247447798 (Other)
https://openalex.org/W2074189299 (Other)
https://openalex.org/W2048730435 (Other)
https://openalex.org/W2033443500 (Other)
https://openalex.org/W2005493781 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Algeria

References

  • https://openalex.org/W1967014183
  • https://openalex.org/W1967247533
  • https://openalex.org/W1977274794
  • https://openalex.org/W1977337961
  • https://openalex.org/W1977858266
  • https://openalex.org/W1980458679
  • https://openalex.org/W1980867667
  • https://openalex.org/W1981605443
  • https://openalex.org/W1983867385
  • https://openalex.org/W1992821870
  • https://openalex.org/W1998643968
  • https://openalex.org/W2002404280
  • https://openalex.org/W2016788894
  • https://openalex.org/W2019555264
  • https://openalex.org/W2022333395
  • https://openalex.org/W2029626100
  • https://openalex.org/W2043338859
  • https://openalex.org/W2076390249
  • https://openalex.org/W2079188969
  • https://openalex.org/W2087899991
  • https://openalex.org/W2097910434
  • https://openalex.org/W2113510498
  • https://openalex.org/W2162438244
  • https://openalex.org/W2163264164
  • https://openalex.org/W2163631907
  • https://openalex.org/W2165528549
  • https://openalex.org/W2170536895
  • https://openalex.org/W2313864309
  • https://openalex.org/W2319538558
  • https://openalex.org/W2320951299
  • https://openalex.org/W2327828477
  • https://openalex.org/W2331015865
  • https://openalex.org/W2331721005
  • https://openalex.org/W2474026073
  • https://openalex.org/W2510394825
  • https://openalex.org/W2552002672
  • https://openalex.org/W2612592352
  • https://openalex.org/W4230292448