Chương 3 nhiễu xạ tiax

Phöông phaùp Nhieãu xaï tia X Một cách trực tiếp nhất để biết dạng của các vật thể là nhìn chúng. Nếu chúng quá nhỏ ta dùng kính hiển vi. Tuy nhiên với kính hiển vi quang học chỉ cho phép phân giải những chi tiết lớn hơn 10 3 A 0 , trong khi khoảng cách giữa các nguyên tử trong tinh thể vào khoảng vài A 0 . Bước sóng của tia X : ~ vài , chục A 0 . Nhưng không thể tạo kính hiển vi tia X để nhìn các phân tử. Có 2 lý do : 1) Không có thấu kính cho tia X 2) Ngay khi có thấu kính như vậy thì cần chế tạo chúng với sai số rất nhỏ hơn khoảng cách giữa hai nguyên tử. Phương pháp Nhiễu xạ tia X Mở Đầu  Từ Cơ học lượng tử : các hạt có bản chất sóng. Hạt chuyển động càng nhanh thì bước sóng càng ngắn . Hai loại hạt có thể gia tốc đến vận tốc đủ tạo ra sóng có bước sóng ngắn đó là : nơtron và electron. Phương pháp Nhiễu xạ tia X Nhiễu xạ nơtron còn cho thông tin về các tinh thể có từ tính Electron mang điện tương tác mạnh với vật chất nên trong thực tế nó ít được dùng cho mục này. Mở Đầu (tt)  Tia X : (A 0 ) = Với chùm notron (A 0 ) = Với chùm electron (A 0 ) = )eV(E 28,0 )( 12 eVE )( 4,12 keVE Phương pháp Nhiễu xạ tia X Mở Đầu (tt)  Để mô tả hiện tượng nhiễu xạ người ta đưa ra 3 thuật ngữ sau: -Tán xạ: quá trình ở đó sự bức xạ bò hấp thụ và tái bức xạ phát sinh theo các hướng khác nhau. - Giao thao: sự chồng chất của hai hay nhiều sóng tán xạ tạo thành sóng tổng hợp là tổng của sự đóng góp của các sóng phủ nhau. -Nhiễu xạ: sự giao thoa tăng cường của nhiều hơn một sóng tán xạ. Phương pháp Nhiễu xạ tia X Mở Đầu (tt)  Khi chùm tia X tương tác với vật chất, những phôtôn không còn trong chùm ló có thể : - Những phôtôn đó bò lệch đường đi: tán xạ không đổi bước sóng (không mất năng lượng) hoặc tán xạ thay đổi bước sóng (mất năng lượng) - Hiệu ứng Compton. - Những phôtôn đó bò các nguyên tử hấp thụ: Nguyên tử hấp thụ phôtôn được kích thích phát ra những e và những tia huỳng quang có bước sóng đặc trưng cho nguyên tử bò kích thích - Hiệu ứng Auger. Phương pháp Nhiễu xạ tia X Để hiểu được hiện tượng nhiễu xạ ta hãy xét điều gì xảy ra khi một sóng tương tác với một hạt. Phương pháp Nhiễu xạ tia X  Hạt đơn Hạt tán xạ sóng tới đồng nhất theo mọi hướng.  Nếu các nguyên tử sắp xếp không có trật tự, khi có sóng tới, các chùm tán xạ tăng cường và triệt nhau một cách hỗn loạn. Chúng không thể tăng cường lẫn nhau theo một chiều nào đó để cho chùm tia nhiễu xạ.  Trong vật liệu kết tinh, các nguyên tử hay phân tử sắp xếp có trật tự, tuần hoàn trong không gian, các chùm tán xạ cộng vào nhau theo một số chiều và tăng cường nhau để cho các chùm nhiễu xạ. Phương pháp Nhiễu xạ tia X  Vật liệu rắn Tán xạ tia X từ một phân tử rất yếu và không thể phát hiện trên nền nhiễu ( do tán xạ từ không khí và nước ). Một tinh thể là một tập hợp của một số rất lớn các phân tử theo một trật tự nhất đònh nên các sóng tán xạ có thể đồng pha và làm cho tín hiệu mạnh lên đủ để có thể đo được. Theo 1 ý nghóa nào đó, tinh thể có thể xem như một bộ khuếch đại. Tất nhiên các sóng tán xạ có thể tăng cường nhau theo một chiều nào đó thì chúng có thể làm suy yếu theo một số chiều khác. Vì vậy ta có thể ghi nhận các vết trên phim. W.L. and W.H. Bragg Năm 1915 hai cha con nhà Bragg được giải thưởng Nobel về những đóng góp trong lónh vực phân tích cấu trúc tinh thể bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. Năm đó W.L. Bragg mới 25 tuổi, là người trẻ tuổi nhất được giải thưởng lớn này. Đònh luật Bragg Phương pháp Nhiễu xạ tia X  [...]... góc nhiễu xạ càng nhỏ và ngược lại Điều này cho thấy mối quan hệ nghòch đảo giữa sự sắp xếp thực của các nguyên tử và các vết nhiễu xạ dẫn tới khái niệm về không gian đảo •(2) sin() tỷ lệ với  : góc nhiễu xạ nhỏ khi bước sóng tia X nhỏ • (3) Nhiễu xạ có cùng xác suất với n =1 và n = -1 : các vết nhiễu xạ phân bố với một sự đối xứng nào đó Phương pháp Nhiễu xạ tia X Với 2 nguyên tử : cường độ nhiễu xạ. .. 0.5A0 – 2.5A0 Phương pháp Nhiễu xạ tia X Đònh luật Bragg (tt)  dnhnknl=dhkl / n 2d nhnknl Sin    2d hkl Sin  n Vết nhiễu xạ bậc một của họ mặt mạng (nhnknl) trùng với vết nhiễu xạ bậc n của họ mặt (hkl) Phương pháp Nhiễu xạ tia X Đònh luật Bragg (tt)  Với bước sóng tia X xác đònh, những họ mặt mạng có thể cho viết nhiễu xa khi: n n d  2Sin 2 Phương pháp Nhiễu xạ tia X 3 điều quan trọng có... đều nhau: cường độ nhiễu xạ gần như bằng 0 với mọi góc trừ góc mà theo đó hiệu quang lộ bằng = n  Khi thỏa mãn điều kiện Bragg, các hạt nằm trong các mặt phẳng nhiễu xạ đồng pha còn các hạt nằm giữa các mặt nhiễu xạ khác pha Độ lệch pha tùy thuộc vào vò trí của hạt đối với mặt phản xạ : sự nhiễu xạ cho thông tin về vò trí của các hạt đối với các mặt phản xạ Nói chung, một vết nhiễu xạ cho biết vò trí... theo chiều song song với các mặt Khi xét sự nhiễu xạ được biểu thò bởi mũi tên đen, hạt xanh và hạt tím tán xạ ngược pha nên chúng không đóng góp vào chùm tia nhiễu xạ Tuy nhiên, khi nhìn chúng dưới góc nhiễu xạ được biểu thò bằng mũi tên đỏ các sóng tán xạ từ hai hạt gần như đồng pha Hai góc nhiễu xạ giới hạn  = 0o : các tia không thay đổi Phương pháp Nhiễu xạ tia X  chiều, quang lộ như nhau với các... Từ đó ta đi đến kết luận : sự tán xạ của tia rơn-ghen trên các nguyên tử chủ yếu do các electron Phương pháp Nhiễu xạ tia X Phương pháp Nhiễu xạ tia X  Sự tán xạ tia X bởi electron trong nguyên tử  Nói chung có 2 loại tán xạ trên electron :  Tán xạ kết hợp ( không thay đổi bước sóng )  Tán xạ không kết hợp với sự thay đổi của bước sóng ( tán xạ Compton )  Sự tán xạ tia X bởi electron trong nguyên... pha của bức xạ tới Phương pháp Nhiễu xạ tia X  Sự tán xạ tia X bởi electron trong nguyên tử  Electron liên kết có đồng thời tán xạ kết hợp và không kết hợp sin  Khi  gần bằng 0 thì tán xạ kết hợp là chính Khi tỷ số đó tăng lên, tán xạ không kết hợp mạnh lên và tán xạ kết hợp giảm sin  Vì trong giao thoa chỉ có tán xạ kết hợp tham gia nên biên độ  tán xạ giảm rất nhanh khi tăng Tán xạ không kết... góc tán xạ  và dưới góc tán xạ càng nhỏ thì tỷ số đó càng lớn Cường độ tán xạ mạnh nhất theo và ngươc chiều của chùm tia tới nhưng vẫn rất nhỏ so với cường độ Io của sóng tới Phương pháp Nhiễu xạ tia X  Sự tán xạ tia X bởi nguyên tử  Công thức Thompon cũng đúng cho tán xạ trên proton Vì cường độ tán xạ tỷ lệ ngược với khối lượng của hạt nên tán xạ trên proton yếu hơn 1840 lần so với tán xạ trên... tán xạ ngược ( θ = 900 ) Cường độ của bức xạ tán xạ bởi nguyên tử tỷ lệ với bình phương biên độ nên phụ thuộc vào f2 : f 2 1  cos 2 2 I A  Re ( 2 )( )I0 r 2 Phương pháp Nhiễu xạ tia X  Sự tán xạ tia X bởi N nguyên tử  Cường độ tán xạ tổng cộng của tất cả N nguyên tử trong tinh thể bằng N2 lần cường độ tán xạ bởi một nguyên tử : f 2 N 2 1  cos 2 2 I  Re ( 2 )( )I0 r 2 Phương pháp Nhiễu xạ tia... pháp Nhiễu xạ tia X  Chiếu chùm tia X song song và đơn sắc lên một tinh thể dưới một góc θ đối với một họ mặt mạng, mỗi nút của mạng trở thành một tâm nhiễu xạ  Các sóng tán xạ của các nguyên tử trong cùng một mặt mạng Nếu chùm tán xạ nằm trong mặt phẳng tới và góc tới bằng góc phản xa: bc = ad , các tia tán xạ từ các nguyên tử của cùng một mặt mạng cùng pha Đònh luật Bragg (tt) Phương pháp Nhiễu xạ. .. Phương pháp Nhiễu xạ tia X  Sự tán xạ tia X bởi một nguyên tử (tt)  ª Cường độ tán xạ về phía trước ( = 0) đúng bằng Z lần cường độ tán xạ từ 1 electron Chùm tia tán xạ về phía trước của hai electron A và B đi cùng một khoảng cách nên hiệu pha của chúng không đổi ª Ở các góc khác (  0) hiệu quang lộ thay đổi , xuất hiện sự giao thoa triệt tiêu một phần Phương pháp Nhiễu xạ tia X  Sự tán xạ tia X . )eV(E 28,0 )( 12 eVE )( 4,12 keVE Phương pháp Nhiễu xạ tia X Mở Đầu (tt)  Để mô tả hiện tượng nhiễu xạ người ta đưa ra 3 thuật ngữ sau: -Tán xạ: quá trình ở đó sự bức xạ bò hấp thụ và tái bức xạ phát sinh theo các. vết nhiễu xạ dẫn tới khái niệm về không gian đảo. •(2) sin() tỷ lệ với  : góc nhiễu xạ nhỏ khi bước sóng tia X nhỏ • (3) Nhiễu xạ có cùng xác suất với n =1 và n = -1 : các vết nhiễu. mặt nhiễu xạ khác pha. Độ lệch pha tùy thuộc vào vò trí của hạt đối với mặt phản xạ : sự nhiễu xạ cho thông tin về vò trí của các hạt đối với các mặt phản xạ . Nói chung, một vết nhiễu xạ