초록
Rietveld refinement는 X선 회절 데이터를 이용한 다결정 시스템의 결정 구조 정량 분석에 필수적인 도구로 자리 잡았다. 본 튜토리얼 논문은 Rietveld refinement의 배경, 적용 사례 연구, 그리고 오픈 소스 소프트웨어 PROFEX를 활용한 실습에 중점을 두고 작성되었다. 격자 상수, 상분율과 같은 주요 구조적 매개변수는 전체 패턴 피팅을 통해 정량적으로 추출할 수 있다. 조성 변화, 전기장, 온도 변화, 그리고 배터리 사이클에 따른 상전이를 보여주는 사례 연구를 통한 재료 과학, 에너지 저장, 그리고 촉매 분야에서 Rietveld refinement의 유용성을 강조하고자 한다. 본 튜토리얼 논문에서는 Rietveld refinement 수행 절차를 Bi1/2Na1/2TiO3 페로브스카이트 세라믹을 예로 들어서 소프트웨어 설치, 결정구조 정보 파일 준비, Rietveld refinement 수행 단계, R 인자와 χ² 값을 이용한 결과 평가, 그리고 수행 결과에 대한 정리에 대한 지침을 제공한다. 본 튜토리얼은 복잡한 재료 시스템에서 구조와 기능의 상관관계를 규명하고자 하는 연구자들을 위해 Rietveld refinement에 대한 이해 및 사용을 용이하게 하는 것을 목표로 한다.
Abstract
Rietveld refinement has become an essential tool for the quantitative analysis of crystal structures in polycrystalline systems using X-ray diffraction data. This tutorial paper focuses on the background, case studies, and practical implementation of Rietveld refinement using the open-source software PROFEX. Key structural parameters, such as lattice constants and phase fractions, can be quantitatively extracted through full-pattern fitting. Case studies involving compositional variation, electric fields, temperature changes, and battery cycling demonstrate the broad applicability of Rietveld refinement in materials science, energy storage, and catalysis. A step-by-step procedure for performing Rietveld refinement is presented using Bi1/2Na1/2TiO3 perovskite ceramic as an example, providing guidance on software installation, preparing crystal structure information files, performing Rietveld refinement, evaluating results using R-factor and χ² values, and summarizing the results. This tutorial aims to improve understanding and accessibility of Rietveld refinement for researchers seeking to investigate structure-property relationships in complex material systems.
