Дифракція випромінювання і часток на кристалічній решітці
Незважаючи на великий прогрес у розвитку техніки, до теперішнього часу не створено достатньо надійних і ефективних приладів, що дозволяють безпосередньо спостерігати розташування окремих атомів у кристалічній решітці або в молекулах. Найдосконаліші електронні мікроскопи дозволяють спостерігати тільки дуже великі атоми, наприклад урану або золота, розташовані поблизу дрібніших. Найбільш поширені електронні мікроскопи дозволяють спостерігати неоднорідності з розмірами в декілька атомів [7]. Іонні мікроскопи (проектори) [1,8] хоча й дозволяють спостерігати розташування окремих великих атомів, але дуже складні у використанні. Точне визначення відстаней між атомами або кристалічними площинами цим методом вкрай важко.
Сьогодні найефективнішим методом вивчення взаємного розташування атомів є дифракція мікрочастинок: фотонів, електронів, нейтронів. Саме цими методами в основному отримані дані про структуру кристалів і молекул, поміщені в довідники. При дослідженні кристала дифракційними методами на кристал направляють майже паралельний пучок частинок, вивчають розподіл інтенсивності дифракції цих частинок за різними напрямами (а іноді і при різних орієнтуваннях кристала), а потім по дифракційної картині роблять висновки про тип елементарної комірки кристала і будові його базису. Ці методи дозволяють визначати періоди кристалічної решітки з точністю до 4-5 знака і визначати з точністю до 2-3 знака розташування атомів в базисі.
Для спостереження дифракції необхідно (див. Том. 4), щоб довжина хвилі де-Бройля дифрагує частинок була менша періодів кристалічної решітки. Цій умові задовольняють фотони при енергії Е = 5-20 кеВ (рентгенівське і гамма випромінювання), електрони при Е = 10-100 еВ, і нейтрони при Е = 0,01- 0,1 еВ (теплові нейтрони з енергією порядку). Саме ці три частинки найбільш часто використовуються в дифракційних дослідженнях кристалів. Найбільш просто здійсненна дифракція фотонів (рентгенівське випромінювання, гамма випромінювання), тому їх використовують частіше, ніж дифракцию електронів, для спостереження якої необхідний високий вакуум, або дифракцію нейтронів, для якої в якості джерела нейтронів потрібен громіздкий ядерний реактор. Дифракція нейтронів і електронів дуже схожа на дифракцию фотонів, тому в даній главі ми докладно розглянемо застосування дифракції фотонів для вивчення структури кристалічної решітки. Ці результати будуть придатні і для аналізу дифракції нейтронів і електронів в кристалі, особливості якої будуть відзначені в кінці параграфа.
Кристалічна решітка грає роль тривимірної дифракційної решітки для фотонів, електронів, нейтронів та інших частинок, що рухаються в кристалі. Закономірності дифракції фотонів – електромагнітних хвиль на кристалі як тривимірної решітці можна розрахувати за тією ж схемою, як в томі 4 розраховувалася дифракционная картина одновимірної дифракційної решітки з N щілинами, а саме, спочатку розраховували картину від нескінченно вузьких щілин, а потім враховували кінцівку їх ширини. Виходила картина із серії найбільш яскравих максимумів, інтенсивність яких задавалася характером розподілу інтенсивності в межах однієї щілини.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)