固体物理(十二)X射线衍射:实验方法和分析

如题所述

在固体物理的实验研究中,X射线衍射是揭示晶体结构的关键工具。实验中,衍射峰的出现取决于波矢[公式]与布拉格平面的对应关系,通常情况下,固定入射波矢不会直接产生衍射峰,除非改变波长或调整晶体的取向。Ewald图解帮助我们理解,通过改变光的波长范围或晶体旋转,可以确保满足劳厄条件,从而观察到布拉格峰。

劳厄法允许使用多色光而非单色,通过调整光的波长,可以在Ewald球体的不同半径范围内寻找反射。对于已知晶体结构的研究,劳厄法特别有价值,因为它能利用晶体对称性分析样品方向。

旋转晶体法通过晶体的定向旋转,记录下所有可能的布拉格峰,这类似于粉末法,但粉末中的单晶粒取向随机,导致综合了所有可能的衍射图案。通过测量反射角度,可以推断出倒易点阵信息,进而构建出材料的微观结构。

在单原子和多原子晶格中,结构因子和原子形式因子起着关键作用。结构因子反映了原子干涉效应,而原子形式因子则受离子内部结构的影响。通过对这些因子的分析,科学家能够识别和区分不同的晶体结构,即使在体心立方晶格中,通过考虑结构因子的消失和金刚石结构的影响,也能得到精确的描述。

总而言之,X射线衍射实验方法和分析是固体物理中探索晶体微观结构的重要手段,通过调整实验条件和解析衍射数据,科学家得以揭示晶体的精细结构和特性。
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