《X射線多晶衍射數據RIETVELD精修及GSAS軟件入門》

本文作者為物理所董成老師

由于很多情況下，制備薄膜比生長單晶容易，且薄膜也有容易做物理性能測試的優(yōu)點，所以現在研究薄膜制備和性能的人越來越多了。

如果是分析多晶厚膜，其實和一般粉末衍射沒有太多差別，顯然是可以用Rietveld軟件進行結構精修的。但是，單晶薄膜的晶體結構分析就不太容易，因為經常只能得到一個方向（如 c 方向）的衍射峰，得不到其余方向的衍射數據，也就不可能精修全部結構參數。

那么能不能單單通過分析這些 00l 峰的強度來得到超導FeSe薄膜晶體結構中Se原子的 z 坐標，我根據衍射原理推斷這是可行的。

因為FeSe的超導四方相結構有一個特點，就是所有原子都位于特殊位置，原子坐標大都是固定的，只有一個Se的 z 坐標是可變參數，就可能從一套 00l 峰的相對強度來分析得到這個 z 坐標。

單晶膜的衍射圖中難免包含有基片的衍射峰，而且經常是基片的峰強度比膜的峰高很多倍，因此我們必須想辦法扣除基片峰的影響。

如果膜的峰和基片的峰相距較遠，就可以先通過數據處理扣除基片的峰。如果膜的峰與基片峰離得很近，也可以考慮用峰形擬合的辦法來做分峰?？傊?，最好用各種數據處理的手段先扣除基片的衍射峰，然后就可以通過計算每個 00l 峰的面積來得到衍射強度了。 通過比較模擬計算的衍射圖和實驗得到的 00l 峰強度，就可以估算得到FeSe薄膜中Se的 z 坐標了。

在很大范圍內改變Se的坐標都不能得到實驗上 002/001 的高于3%的相對強度，進而推斷出結構中可能含有填隙的Fe原子。這樣問題就變得比較復雜了，不但要估算Se的 z 坐標，還要估算出填隙鐵原子的位置和含量。

那么可以用Rietveld方法來精修結構因為衍射圖中只有 00l 的峰，在使用Rietveld軟件時就必須使用非常高的擇優(yōu)取向。實際上在精修中只要選擇平板形式的取向，并固定擇優(yōu)取向因子為很大的一個數值（如O1=90，用PowderCell；G1= -90，用Fullprof）就可以了。

用了以上的辦法，就能用Rietveld方法來分析FeSe薄膜的結構參數了。分析了幾個樣品，得到的初步結果還是比較合理的。

這個工作有兩個方面的科學意義：其一是用這種Rietveld分析方法得到單晶薄膜的結構參數在文獻中還沒有看到過，董成老師首次提出的；其二是以前FeSe薄膜結構分析大都沒有考慮過填隙鐵原子及其占據的位置。

這個Rietveld精修結構的辦法是可以推廣到其它很多具有類似特性的薄膜衍射圖分析中的，是值得推薦給大家參考的。