Kĩ thuật phân tích vật liệu rắn - Phân tích cấu trúc tinh thể bằng phương pháp nhiễu xạ tia X

Kế hoạch học môn : Kỹ thuật phân tích vật liệu rắnNội dung Người trình bày  Giới thiệu chung về nội dung môn học  Bổ sung một số kiến thức  Nhiễu xạ tia X trên mạng tinh thể : Cơ sở l

Tương tác của sóng điện từ với chất rắn :

 Tia X

 Tử ngoại đến hồng ngoại

 Sóng cm

Liên hệ với người quản lí trang web:

Yahoo: thanhlam1910_2006@yahoo.com

Gmail: frbwrthes@gmail.com

Kế hoạch học môn : Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn

Nội dung Người trình bày

 Giới thiệu chung về nội dung môn học

 Bổ sung một số kiến thức

 Nhiễu xạ tia X trên mạng tinh thể : Cơ sở lý thuyết

của phương pháp và các cách bố trí thực nghiệm

 Phương pháp Laue : thực nghiệm và cách đoán

nhận ảnh nhiễu xạ

 Phương pháp Debye-Scherrer : thực nghiệm và cách

đoán nhận ảnh nhiễu xạ

 Bổ sung phần nhiễu xạ tia X Giới thiệu chung về

Phổ học biến điệu + bổ sung kiến thức về tính chất

quang và phổ quang học  

Lê Khắc BìnhLê Khắc BìnhLê Khắc BìnhSeminar

SeminarLê Khắc Bình

Nội dung Người trình bày

 Nguyên tắc chung và thực nghiệm của các phương

pháp biến điệu các phổ quang học

 Biến điệu các phổ quang học theo bước sóng và theo

nhiệt độ : cơ sở của phương pháp và thực nghiệm

 Biến điệu các phổ quang học theo điện trường và bằng

chùm sáng : cơ sở của phương pháp và thực nghiệm

 Bổ sung và tổng kết phương pháp biến điệu

 Ellipsometry

 Nguyên tử trong từ trường ngoài ( mô-men từ, năng

lượng )

 Cộng hưởng thuận từ electron ( EPR) : cơ sở lý thuyết

và phương pháp thực nghiệm

 

Ôn tập

Thi

SeminarSeminarSeminarLê Khắc BìnhSeminar

Seminar

Môn học : Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn

Tài liệu tham khảo môn

Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn

 1. Charles Kittel Introduction to Solid State Physics Seventh Edition

Chương 2 : Reciprocal Lattice

Chương 14 : Diamagnetism and Paramagnetism

Chương 16 : Magnetic Resonance

2.   Lê Công Dưỡng Kỹ thuật phân tích cấu trúc bằng tia Rontghen

Chương I : Kỹ thuật Rontghen

Chương II : Phân tích cấu trúc đơn tinh thể

Chương III : Phân tích cấu trúc đa tinh thể

 3.      Lê khắc Bình Ứng dụng phổ học biến điệu để nghiên cứu tính chất

quang của Chất rắn Bài giảng ở lớp học Quang học và Quang phổ Nha Trang

2000. 

4 Lê Khắc Bình Xác định các hằng số quang và độ dày của màng mỏng bằng phương pháp quang Bài giảng ở lớp học Quang học và Quang

phổ Nha Trang 2001

5 W Orton Electron Paramagnetic Resonance

Chương I : Introduction

6 Semiconductors and Semimetals Vol 9 : Modulation Techniques.

Edited by R K Willardson and Albert C Beer Academic Press New-York London 1972.

Chương 1 Electroreflectance Chương 3 Electroabsorption Chương 4 Thermal and Wavelength Modulation Spectroscopy Chương 6 Electric-Field Effects on the Dielectric Function ofSemiconductors and Insulators

7 Harland G Tompkins William A McGahan Spectroscopic

Ellipsometry and Reflectometry : A User’s Guide John Wiley & Sons

Inc.,1999. 

Tài liệu tham khảo môn : Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn

Mở đầu

Nhiễu xạ tia X là một kỹ thuật mạnh để đồng nhất các vật thể kết tinh.

Phương pháp này còn cho các thông tin khác như

* Kích thước của hạt trong vật liệu đa tinh thể

* Mức độ định hướng ưu tiên của các hạt

Bài giảng này gồm 4 phần chính :

 Tinh thể chất rắn

 Cấu trúc tinh thể

 Mạng đảo

Cấu trúc tinh thể

Tinh thể là sự sắp xếp tuần hoàn trong

không gian của các nguyên tử hoặc phân tử

Tinh thể = Mạng tinh thể + Cơ sở

Mạng tinh thể

- vectơ tịnh tiến cơ sở

có thể chọn tùy ý

vectơ tịnh tiến của mạng tinh thể

3 3 2

2 1

1

3 2

Mạng tinh thể

3 3 2

2 1

1

Tùy cách chọn

n1 , n2 và n3 có thể là số nguyên hoặc số phân

 Tất cả n1 , n2 và n3 đều là số nguyên :

các vectơ - vectơ tịnh tiến nguyên tố

 Chỉ một trong các số n1 , n2 và n3 không phải số nguyên :

các vectơ - vectơ tịnh tiến đơn vị

3 2

a   

3 2

a   

3 2

a   

Ô nguyên tố và ô đơn vị

 Ô nguyên tố chỉ chứa một nút mạng.

 Ô nguyên tố có thể có các dạng hình học khác

nhau nhưng luôn có thể tích nhỏ nhất và bằng nhau.

Ô nguyên tố được tạo thành từ các

vectơ nguyên tố

Ô đơn vị từ các vectơ đơn vị

3 2

a   

3 2

a   

Sự đối xứng của mạng tinh thể

Yếu tố đối xứng : phép biến đổi không gian làm cho mạng tinh thể trùng lại với chính nó.

 Các trục quay C1 , C2 , C3 , C4 và C6.

 Mặt phẳng phản xạ gương m.

 Tâm đảo I

Mỗi hệ tinh thể có một tập tối thiểu của các yếu tố đối xứng

Hệ tinh thể Số yếu tố đối xứng tối thiểu

Các mạng tinh thể cơ bản Mạng Bravais

Chỉ cần 4 tập a1 và a2 khác nhau từ đó tạo thành 5 ô Bravais có thể dùng để lấp đầy không gian của mạng tinh thể

2 chiều.

Chỉ cần 7 tập a1, a2 và a3 khác nhau từ đó tạo thành 14 ô Bravais có thể dùng để lấp đầy không gian của mạng tinh thể 3 chiều.

Mạng Đặc điểm của ô

Mạng nghiêng a1  a2 ;   90o

Mạng lục giác a1 = a2 ;  = 120o

Mạng vuông a1 = a2 ;  = 90o

Mạng chữ nhật a1  a2 ;  = 90o

Mạng chữ nhật tâm mặt a1  a2 ;  = 90o

Mạng tinh thể hai chiều

Hệ tam tà

Hệ đơn tà

Hệ trực thoi

Hệ ba phương

Hệ bốn phương

Hệ sáu phương

Hệ lập phương

a1 = a2 = a3 ;

 =  =  = 90o

14 ô Bravais

7 tập a1 và a2

Cách vẽ ô Wigner-Seitz

Ô Wigner-Seitz của mạng lập phương I

Ô nguyên tố Wigner-Seitz

CƠ SỞ VẬT LÝ CHẤT RẮN

Chỉ số Miller

* nút : hkl

* chiều : [hkl]

* mặt : (hkl)

Một họ mặt song song và cách đều nhau được

biểu thị bằng các chỉ số Miller như nhau

Khoảng cách dhkl giữa họ mặt (hkl) cho các hệ tinh thể

Họ mặt có chỉ số Miller càng nhỏ có khoảng cách giữa hai mặt kế nhau càng lớn và có mật độ các nút mạng càng lớn

Khoảng cách giữa các mặt ( hkl )

Lục giác xếp chặt

Mạng Bravais : lục giác P

Cơ sở : gồm 2 nguyên tử như nhau ở ( 0,0,0 ) và ( 2/3,1/3,1/2 ) Hệ số lấp đầy ( bởi các quả cầu ) : 0,74

Tỷ số a3/a1 = ( c / a ) = 1,633

Số phối trí : k = 12.

Hằng số mạng của một số tinh thể

Mạng đảo : Cách vẽ

Cách vẽ mạng đảo hể

001

d

A V

Hệ thức giữa các

vectơ của mạng

thuận và mạng đảo

Mở rộng cho mạng ba chiều

Các nút của mạng đảo được xác định bởi vectơ :

Mạng đảo

, G  hkl  h b  1  k b  2  l b  3

2 1

0

hk h b k b

0 hk

G 

Để đi đến một nút của

mạng đảo hk0 ( điểm

này thể hiện cho sự

định hướng và khoảng

cách giữa các mặt của

các mặt (hk0) ta phải đi

h đơn vị dọc theo trục

b1 và k đơn vị dọc theo

Mạng thuận : LP F Mạng đảo : LP I

Từ mạng thuận có thể suy ra mạng đảo bằng

 cách vẽ hình học

Mạng đảo 3 chiều

Vài tính chất của mạng đảo

 Một nút trên mạng đảo biểu thị cho một họ

mặt và khoảng cách giữa hai mặt kế nhau.

 hướng từ gốc tọa độ đến điểm hkl của mạng đảo

vuông góc với họ mặt (hkl) của tinh thể

 Ghkl = M / dhkl

hkl

G 

ij j

a1=0.5*[1 1 0] a2=0.5*[0 1 1] a3=0.5*[1 0 1]

Mạng thuận F

a1= 0.5*[1 1 -1] a2= 0.5*[-1 1 1]

a3= 0.5*[1 -1 1]

Mạng thuận LP I

mangdaoI.mMATLAB 6.5.lnk

Mỗi cấu trúc tinh thể có 2 mạng tương ứng với nó :

 mạng tinh thể được biểu diễn bằng các vectơ

 ø mạng đảo bởi các vectơ

Hai mạng này liên hợp với nhau và có cùng đối xứng điểm nhưng , nói chung, có nhóm không gian khác nhau

3 2

3 2