A fázisprobléma megoldásának új módszerei = New methods for solving the phase problem

Oszlányi, Gábor and Pusztai, Tamás and Tegze, Miklós (2007) A fázisprobléma megoldásának új módszerei = New methods for solving the phase problem. Project Report. OTKA.

Preview

PDF 43494_ZJ1.pdf Download (277kB)

Abstract

A kristályos anyagok szerkezetének ab initio meghatározásához megkerülhetetlen a krisztallográfiai fázisprobléma megoldása. Kutatásunk során erre a feladatra dolgoztunk ki új eljárást, amely a klasszikus direkt módszertől teljesen különböző elven működik. A töltésalternáló (charge flipping) módszer meglepően merész alapfeltevése az, hogy kellően jó felbontás esetén a megoldáshoz nincs szükség sem előzetes kémiai vagy szimmetria ismeretekre, sem az atomicitás elvére vagy statisztikus fázisösszefüggésekre. Szükségesek viszont a cella ürességét kihasználó gyenge perturbációk, amelyekkel a hiányzó fázisok terének nagy dimenziószámát le lehet csökkenteni. A megvalósított algoritmus a valós és reciprok terek között gyors Fourier-transzformációval iterál, a valós térben az elektronsűrűség előjelét egy kis küszöbszint alatt megváltoztatja, míg a reciprok térben csak a gyenge reflexiók fázisait tolja el. Az iterációs folyamat nem igényel külső beavatkozást: a megoldást valamely jósági tényező hirtelen zuhanása jelzi. Könnyű adaptálhatóságának köszönhetően a töltésalternálás módszere az első közlemény megjelenése óta rohamosan terjed. Alkalmazhatósága mára a diffrakciós szerkezetmeghatározás több területén nyert bizonyosságot; a listán egykristály és pordiffrakciós adatok, periodikus, pszeudoszimmetrikus és modulált szerkezetek, ill. kvázikristályok is vannak. Az algoritmust már három felhasználói programcsomag kínálja alternatívaként nehéz esetek elemzésére. | The solution of the crystallographic phase problem is essential for the ab inito determination of crystalline structures. For this purpose we developed a new method called charge flipping. It is based on principles very different from that of classical direct methods. The primary assumption of charge flipping is the following: given sufficiently high-resolution diffraction data, we need neither preliminary information on chemical composition or symmetry, nor the principle of atomicity or statistical phase relations. Instead, we must rely on the emptiness of the unit cell and decrease the dimensionality of the missing phases through small perturbations. The new algorithm iterates between the real and reciprocal spaces by the fast Fourier transform, in real space it changes the sign of electron density below a small positive threshold, while in reciprocal space it shifts the phases of weak reflections. The whole process is deterministic and proceeds without user intervention, the solution is signified by a sharp drop of some figure of merit. Due to its deceptive simplicity and easy implementation the charge flipping method quickly propagates. Its applicability is already proven in several fields of structural science, the list contains using single crystal and powder data of periodic, pseudo-symmetric and modulated structures and also quasicrystals. The algorithm is already offered as an alternative by three user programs for the treatment of difficult cases.

Actions (login required)

Edit Item