Про Дифракцію Брегга
Коли рентгенівські промені потрапляють на кристал, вони розсіюються електронами атомів. При більшості кутів розсіяні хвилі гасять одна одну деструктивною інтерференцією. При спеціальних кутах, описаних законом Брегга (nλ = 2d·sin θ), хвилі від послідовних паралельних площин знаходяться в фазі та конструктивно інтерферують, утворюючи дифракційні піки. Вільям Лоуренс Брег вивів цю умову у 1913 році та разом зі своїм батьком отримав Нобелівську премію з фізики 1915 року.
Кожен набір кристалічних площин, що ідентифікується індексами Міллера (hkl), має характерну міжплощинну відстань. Для кубічної ґратки d = a/√(h²+k²+l²), де a — параметр ґратки. Повний набір дифракційних піків — їхні кути та інтенсивності — є унікальним для кристалічної структури. Порівняння виміряного патерну з базою даних ідентифікує невідомі матеріали.
Ця симуляція показує 2D поперечний переріз кристалічної ґратки з рентгенівським пучком під поточним кутом 2θ, візуалізуючи геометрію різниці ходу, що лежить в основі умови Брегга. Панель дифракційного патерну показує інтенсивність від 2θ для всіх дозволених відбиттів вибраної кристалічної структури.
Часті запитання
Що таке закон Брегга?
Закон Брегга: nλ = 2d·sin(θ). Конструктивна інтерференція виникає при спеціальних кутах, де різниця ходу між хвилями від сусідніх площин дорівнює цілому числу довжин хвиль. Виведений у 1913 р., він заробив Нобелівську премію 1915 р.
Що таке індекси Міллера?
Індекси Міллера (hkl) — цілі числа, що вказують орієнтацію кристалічної площини. Для кубічної ґратки d = a/√(h²+k²+l²). Площини (100), (110), (111) є найбільш вивченими.
Як рентгенівська дифракція розкриває кристалічну структуру?
Вимірюючи кути піків і застосовуючи закон Брегга, визначають міжплощинні відстані. Набір відстаней і інтенсивностей унікальний для кожної структури — «відбиток пальця». Порівняння з базою ідентифікує матеріал.
Яка різниця між порошковою та монокристальною дифракцією?
Монокристальна дифракція — один орієнтований кристал, дає дискретні плями. Порошкова — дрібно розмелені кристали у всіх орієнтаціях, дає 1D залежність I(2θ). Порошкова простіша для ідентифікації фаз; монокристальна дає повну 3D структуру.
Чому різні структури дають різні патерни?
ГЦК і ОЦК мають систематичні відсутності: ГЦК — піки лише де h,k,l однакової парності; ОЦК — де h+k+l парне. Ці правила відбору виникають через деструктивну інтерференцію від додаткових атомів.
Що таке структурний фактор?
F(hkl) = Σ fⱼ·exp[2πi(hxⱼ+kyⱼ+lzⱼ)]. |F|² — інтенсивність піку. Систематичні відсутності виникають, коли F = 0 через взаємне погашення.
Яка довжина хвилі рентгену в кристалографії?
Зазвичай 0.5–2.5 Å. Найпоширеніше — Kα міді при 1.54 Å. Синхротрони дозволяють точне налаштування для методів аномальної дисперсії.
Як відкрили подвійну спіраль ДНК?
Розалінд Франклін і Реймонд Гослінг отримали дифракційні патерни ДНК у 1952 р. Фото 51 показало X-подібний патерн спіралі. Вотсон і Крік побудували модель у 1953 р., отримавши Нобелівську премію 1962 р.
Чи можна спостерігати дифракцію Брегга з видимим світлом?
Так. Опали іризують через масиви кремнеземних сфер (250–350 нм), що дифрагують видиме світло. Голографічні ґратки, РК-дисплеї і фотонно-кристалічні волокна використовують цей принцип.