Ruby structure peculiarities derived from X-ray diffraction data localization of chromium atoms and electron deformation density

Abstract

An accurate, X-ray diffraction study is made of the atomic and electronic structure of the ruby crystal Al2O3:Cr3+. Least-squares high-angle refinement (R = 0.0069, Rw = 0.0099, S = 1.055) for 180 independent reflections shows that the Cr-atoms substitute the Al-atoms not precisely at the sites of the latter, but are shifted along the c-axis at a distance of 0.13 A towards the vacant octahedral holes; this is in agreement with some previous spectral data. In the electron deformation density map this displacement manifests itself as a peak 0.30 A−3 which is absent in the pure rorundum crystal. The deformation electron density and the electrostatic potential distribution in cuby crystal are analyzed in detail. Es wird eine genaue Rontgenbeugungsuntersuchung der atomaren und elektronischen Struktur des Rubinkristalls Al2O3:Cr3+ durchgefuhrt. Eine Winkelbestimmung nach der Methode der kleinsten Quadrate (R = 0,0069, Rw = 0,0099, S = 1,055) fur 180 unabhangige Reflexe zeigt, das die Cr-Atome die Al-Atome nicht prazise auf deren Platze substituieren, sondern auf der c-Achse um die Distanz 0,13 A in Richtung der unbesetzten Oktaederlucken verschoben sind in Ubereinstimmung mit einigen fruheren Spektralwerten. Im Diagramm der Elektronendichtedeformation zeigt sich diese Verschiebung als ein Maximum 0,30 A−3, das im reinen Korundkristall fehlt. Die Elektronendichtedeformation und Potentialverteilung im Rubinkristall wird ausfuhrlich analysiert.