1.3.
Дифракция излучения и частиц на кристаллической решетке
Несмотря
на большой прогресс в развитии техники, к настоящему времени не создано достаточно
надежных и эффективных приборов, позволяющих непосредственно наблюдать расположение
отдельных атомов в кристаллической решетке или в молекулах. Самые совершенные
электронные микроскопы позволяют наблюдать только очень крупные атомы, например
урана или золота, расположенные вблизи более мелких. Наиболее распространенные
электронные микроскопы позволяют наблюдать неоднородности с размерами в несколько
атомов [7]. Ионные микроскопы (проекторы) [1,8] хотя и позволяют наблюдать расположение
отдельных крупных атомов, но очень сложны в использовании. Точное определение
расстояний между атомами или кристаллическими плоскостями этим методом крайне
затруднительно.
Сегодня
самым эффективным методом изучения взаимного расположения атомов является дифракция
микрочастиц: фотонов, электронов, нейтронов. Именно этими методами в основном
получены данные о структуре кристаллов и молекул, помещенные в справочники. При
исследовании кристалла дифракционными методами на кристалл направляют почти параллельный
пучок частиц, изучают распределение интенсивности дифракции этих частиц по разным
направлениям (а иногда и при различных ориентировках кристалла), а затем по дифракционной
картине делают выводы о типе элементарной ячейки кристалла и строении его базиса.
Эти методы позволяют определять периоды кристаллической решетки с точностью до
4-5 знака и определять с точностью до 2-3 знака расположение атомов в базисе.
Для
наблюдения дифракции необходимо (см. том. 4), чтобы длина волны де-Бройля дифрагирующих
частиц была меньше периодов кристаллической решетки. Этому условию удовлетворяют
фотоны при энергии Е = 5-20 кэВ (рентгеновское и гамма- излучение), электроны
при Е = 10-100 эВ, и нейтроны при Е = 0,01- 0,1 эВ (тепловые нейтроны с энергией
порядка
). Именно
эти три частицы наиболее часто используются в дифракционных исследованиях кристаллов.
Наиболее просто осуществима дифракция фотонов (рентгеновское излучение, гамма
излучение), поэтому их используют чаще, чем дифракцию электронов, для наблюдения
которой необходим высокий вакуум, или дифракцию нейтронов, для которой в качестве
источника нейтронов нужен громоздкий ядерный реактор. Дифракция нейтронов и электронов
очень похожа на дифракцию фотонов, поэтому в данной главе мы подробно рассмотрим
применение дифракции фотонов для изучения структуры кристаллической решетки. Эти
результаты будут пригодны и для анализа дифракции нейтронов и электронов в кристалле,
особенности которой будут отмечены в конце параграфа.
Метод
узловых напряжений При расчёте цепи методом узловых напряжений неизвестными
в системе уравнений будут узловые напряжения uk0 (иногда обозначается одним индексом
uk), равные разности потенциалов k-го и нулевого (базисного) узлов.
Кристаллическая
решетка играет роль трехмерной дифракционной решетки для фотонов, электронов,
нейтронов и других частиц движущихся в кристалле. Закономерности дифракции фотонов
- электромагнитных волн на кристалле как трехмерной решетке можно рассчитать по
той же схеме, как в томе 4 рассчитывалась дифракционная картина одномерной дифракционной
решетки с N щелями, а именно, сначала рассчитывали картину от бесконечно узких
щелей, а затем учитывали конечность их ширины. Получалась картина из серии наиболее
ярких максимумов, интенсивность которых задавалась характером распределения интенсивности
в пределах одной щели.
[an error occurred while processing this directive]
