1.3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АТОМНОЙ СТРУКТУРЫ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

ДИФРАКЦИЯ КАК МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ

Для исследования кристаллической структуры твердых тел общепринято использовать дифракционные методы, когда длина волны излучения должна быть сравнима с размерами атома. Фурье-анализ данных, полученных дифракционными методами, позволяет определить средние расстояния между рядами атомов и атомными плоскостями в кристалле, углы между ними, симметрию точечных групп, а также координаты отдельных атомов.

В 1912 г. Лауэ высказал предположение, что кристаллы можно рассматривать как трехмерную дифракционную решетку для рентгеновских лучей, длина волны которых сравнима с межатомными расстояниями, и что на основании дифракционной картины можно судить о правильном расположении атомов в кристалле. Энергию кванта рентгеновского излучения можно определить по его длине волны X, пользуясь формулой В более удобных

единицах измерения где X — длина волны в

ангстремах (1 А = 10 10 м), а Е — энергия в килоэлектронвольтах (1 эВ = 1,6 ? 10~19 Дж). Для исследования кристаллов требуется рентгеновское излучение с энергией от 10 до 50 кэВ. Такое излучение можно получить как за счет торможения быстрых электронов в металлических мишенях (тормозное излучение), так и при неупругом их столкновении с внутренними электронами атомов мишени (характеристическое излучение). Тормозное излучение имеет широкий непрерывный спектр, характеристическое — линейчатый спектр с узкими линиями.

Когда на атом падает электромагнитная волна, она может быть частично или целиком рассеяна электронами этого атома; частота излучения при этом не меняется. Для длин волн оптического диапазона (порядка 5000 А) суперпозиция упруго рассеянных отдельными атомами кристалла волн приводит к обычному оптическому преломлению. Однако если длина волны падающего излучения сравнима с постоянной решетки или меньше ее, то можно обнаружить один или более дифрагированных пучков в направлениях, сильно отличающихся от направления падающего пучка.

Длина волны де Бройля для X нейтрона и его энергия Е связаны формулой гдеМ„ = 1,675 10~27 кг — масса нейтрона. Для длины волны А в более употребительных единицах , где Е — энергия нейтрона

в эВ. Благодаря наличию у нейтронов магнитного момента они взаимодействуют с «магнитными» электронами твердого тела; поэтому использование нейтронов представляет большую ценность для структурного анализа магнитных кристаллов.

Длина волны де Бройля для электрона А связана с его энергией уравнением , где т = 0,911 • 10"30 кг —

масса электрона.

В более употребительных единицах

Поскольку электроны представляют заряженные частицы, они сильно взаимодействуют с веществом; глубина их проникновения в кристалл сравнительно невелика. Поэтому структурное исследование методом дифракции электронов наиболее существенно при изучении поверхностей пленок, очень тонких кристаллов и газов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >