Bài thuyết trình Vật lý ứng dụng: Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn - Phương pháp Laue ứng dụng & cách đoán nhân ảnh nhiễu xạ giới thiệu tới các bạn những nội dung về điều kiện nhiễu xạ Bragg – biểu diễn dưới dạng hình học bao gồm xác định sự định hướng của tinh thể, xác định sự đối xứng của tinh thể.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PHÂN TÍCH VẬT LIỆU RẮN ỨNG DỤNG & CÁCH ĐOÁN NHẬN GVHD: GS.TS Lê Khắc Bình HVTH: Phan Trung Vĩnh NỘI DUNG TRÌNH BÀY ĐIỀU KIỆN NHIỄU XẠ BRAGG – BIỂU DIỄN DƯỚI DẠNG HÌNH HỌC XÁC ĐỊNH SỰ ĐỊNH HƯỚNG CỦA TINH THỂ XÁC ĐỊNH SỰ ĐỐI XỨNG CỦA TINH THỂ Điều kiện để có nhiễu xạ: 2.d sin n. Tia X, λ ĐỊNH LUẬT BRAGG θ 2θ Trong đó: d: khoảng cách mặt mạng song song lân cận d 2θ: góc hợp tia X tới tia nhiễu xạ λ: bước sóng tia X n: bậc nhiễu xạ Biểu diễn dạng hình học MẠNG ĐẢO Mỗi nút mạng đảo Một họ mặt mạng dhkl mạng thuận Chùm tia X tới Một điểm nút S0 chọn làm gốc O S0 CẦU EWALD Một mặt cầu tâm O, bán kính OS0 = 1/λ CẦU EWALD MẠNG ĐẢO Mỗi nút mạng đảo Một họ mặt mạng dhkl mạng thuận CẦU EWALD Mặt phẳng trung trực (Q) Giả sử, có nút mạng đảo khác S0 nằm cầu Ewald S0 Chùm tia X tới O 2θ I P Nút mạng đảo nằm cầu Ewald S0 P 2.S0 I d P S0 MẠNG ĐẢO Gọi (Q) mặt phẳng trung trực S0P (Q) S0P I S0 I S0O.sin 1 .sin d 2.d sin Điều kiện nhiễu xạ Bragg Như vậy, nút mạng đảo nằm cầu Ewald thỏa mãn điều kiện Bragg, tức cho vết nhiễu xạ phim Thay đổi bán kính cầu Ewald Thay đổi λ PHƯƠNG PHÁP LAUE Thay đổi định hướng λ mạng đảo Thay đổi θ PHƯƠNG PHÁP DEBYE θ CẦU EWALD Đồng phẳng S0 Các nút mạng đảo thuộc vùng tạo thành đường tròn S0 S0 O P P P Trên cầu Ewald, có nhiều nút mạng đảo thỏa mãn điều kiện Bragg Những nút đồng phẳng nút thuộc vùng tinh thể Từ tâm O, nối dài nút đồng phẳng cắt phim điểm S1 2φ tạo thành đường ellipse, P OS1P mặt nón tròn xoay Góc S1ÔP = 2φ Màn phim S0 O vết nhiễu xạ phim NHẬN XÉT 2φ < 90: đường vết nhiễu xạ → ellipse 2φ = 900 2φ > 900 O 2φ > 900: đường vết nhiễu xạ → đường hyperbol Vết nhiễu xạ Laue tinh thể Al (FCC) Đường ellipse Đường hyperbol Phân tích vết nhiễu xạ Sự định hướng tinh thể 2φ < 900 Sự đối xứng tinh thể 2φ > 900 Màn phim 2φ = 900: đường vết nhiễu xạ → đường parabol Màn phim O Xác định định hướng tinh thể Đối với tinh thể lập phương: Đặc biệt z z y Ảnh nhiễu xạ Laue có x [100] trục đối xứng bậc z y x [100] Tia X Phương [100] định hướng // với tia X tới z Tia X [111] y Ảnh nhiễu xạ Laue có trục đối xứng bậc x x y Phương [111] định hướng // với tia X tới Đối với tinh thể bất kỳ: Thực theo bước 17 18 24 16 14 23 15 S0 13 Dùng giấy can in lại vết nhiễu xạ phim Xác định vết tia tới S0 (Vết tia tới có kích thước lớn sáng nhất) Đánh số vết nhiễu xạ 10 22 19 11 12 21 Đo khoảng cách li S0 đến vết nhiễu xạ thứ i (i = 1→24) 20 S0 Màn 15 phim l15S0 2θ Nguồn tia X đa sắc D Góc nhiễu xạ ứng với vết: Mẫu tinh thể tg 2i li D Với D khoảng cách từ mẫu tinh thể đến phim Lưới Wulf Dựng hình chiếu gnomostereo từ ảnh nhiễu xạ Laue: 17 Đặt lưới Wulf giấy can, tâm S0 trùng với tâm lưới Wulf 24 16 Để dựng hình chiếu vết (ví dụ S1), quay giấy can quanh S0 đến S1 nằm đường xích đạo lưới 14 23 15 S1 S0 13 Đường xích đạo 18 10 22 21 A Từ điểm A bên mép lưới, đánh dấu góc θ2 giấy can 19 11 12 20 θ2 = 300 1800 900 θ2 00 θ2 = 300 1800 θ2 Chỉ chọn vết nhiễu xạ đậm phân bố đường ellipse để dựng hình chiếu Gnomo-stereo 00 2’ Vết nhiễu xạ ảnh Laue nhơm mỏng Hình chiếu vết S1 giấy can Hình chiếu Gnomo-stereo vết nhiễu xạ Những vết nhiễu xạ nằm đường ellipse thuộc vùng tinh thể A B Xét vết nhiễu xạ ellipse nhỏ Đoạn thẳng AB qua tâm lưới Wulf A Những hình chiếu Gnomo-stereo vết nhiễu xạ thuộc vùng đường kinh tuyến lưới Wulf Xác định trục vùng góc hai trục vùng Đường chiếu Gnomo-stereo B x’ A Đường chiếu Gnomo-stereo A Đường xích đạo L B Lưới Wulf cố định aB x’ A Quay đoạn thẳng AB quanh tâm lưới phương AB trùng ax’ Đường chiếu Gromo -stereo cắt đường quỹ đạo lưới L Đánh dấu L L 1800 Từ L, đếm hướng trục ax’ góc 900 900 aB K 00 Ta điểm K Lấy L làm gốc, dựng vector LK x’ A A K L 1800 900 K 00 B L aB Xoay đoạn thẳng AB trở lại vị trí ban đầu Ảnh vết nhiễu xạ Laue tinh thể LK phương trục vùng tinh thể cần tìm Như vậy, trục vùng vết nhiễu xạ đường ellipse nhỏ vector LK Tương tự cho đường ellipse lớn K Giả sử ta vector EF Góc (KL,EF) = Góc E trục vùng L F Xác định trục vùng Sử dụng Xác định số trục vùng góc hai trục vùng BẢNG TRA GÓC GIỮA HAI PHƯƠ -NG TINH THỂ TRO -NG HỆ MẠNG LẬP PHƯƠ -NG 100 110 111 100 00 900 110 450 900 111 54,740 35,260 900 00 70,530 210 26,560 63,430 900 18,430 50,770 71,560 39,230 75,040 211 35,260 65,900 210 211 00 600 960 310 54,740 19,470 73,220 610 61,870 900 36,870 [210] K 53,130 630 F 66,420 E [100] 78,460 600 L 00 24,090 00 33,560 43,090 48,190 600 56,790 70,500 79,480 900 80,400 Xác định đối xứng tinh thể Từ tính đối xứng vết nhiễu xạ phim Tính đối xứng tinh thể S0 Màn phim l15S0 2θ (001) CHÙM TIA X D Song song Mẫu tinh thể Mặt đối xứng Nguồn tia X đa sắc Ảnh nhiễu xạ Laue phân bố đối xứng tương ứng Ảnh nhiễu xạ Laue thường z có tính đối xứng qua tâm S0 VÍ DỤ Ảnh nhiễu (001) xạ Laue có trục đối xứng bậc (001) (010) Trục đối xứng (100) [111] z (001) (010) y (010) y (100) (100) x Chiếu tia X theo phương 1 x Ảnh nhiễu xạ Laue có trục đối xứng bậc z [001] Chiếu chùm tia X theo phương [001], ảnh nhiễu xạ thu có trục đối xứng bậc tương ứng với tia X nhiễu xạ mặt: (1 11) (111) y (1 11) (111) z x z [001] [001] (111) : ABC (111) : AEC A (1 11) : ADB (111) (1 11) (1 11) : ADE E D y (111) (1 11) B x x C y Tính đối xứng ảnh Laue cao Tính đối xứng tinh thể Ảnh Laue ln có tâm đối xứng Ảnh Laue có 10 kiểu đối xứng khác Tinh thể có mặt phẳng đối xứng m chứa phương tia X Ảnh Laue đối xứng qua đường thẳng phim Lớp m Tinh thể vừa có trục đối xứng, vừa có mặt đối xứng Tinh thể khơng có trục đối xứng (hay trục bậc 1) Ảnh Laue khơng có tính đối xứng Lớp Lớp 2m, 3m, 4m, 6m Tinh thể có trục đối xứng nằm dọc theo tia X Ảnh Laue có trục đối xứng bậc 2, 3, 4, nằm phim Lớp 2, 3, 4, Các lớp đối xứng Laue đặc điểm đối xứng ảnh Laue với hướng tia tới dọc theo trục khác tinh thể Với tinh thể lập phương, để phân biệt lớp m3 m3m, cần chụp thêm phim với chùm tia tới hướng theo trục [111] TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Khắc Bình – Bài giảng Cao học Vật lý Ứng dụng học phần Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn Lê Khắc Bình, Nguyễn Nhật Khanh – Giáo trình Vật lý Chất rắn, Nhà xuất Đại học Quốc gia, 2001 Lê Công Dưỡng – Kỹ thuật phân tích cấu trúc tia Rontgen, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1974 CÁM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ QUAN TÂM THEO DÕI ... trục [111] TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Khắc Bình – Bài giảng Cao học Vật lý Ứng dụng học phần Kỹ thuật phân tích vật liệu rắn Lê Khắc Bình, Nguyễn Nhật Khanh – Giáo trình Vật lý Chất rắn, Nhà xuất Đại... y Tính đối xứng ảnh Laue cao Tính đối xứng tinh thể Ảnh Laue ln có tâm đối xứng Ảnh Laue có 10 kiểu đối xứng khác Tinh thể có mặt phẳng đối xứng m chứa phương tia X Ảnh Laue đối xứng qua đường... Chiếu tia X theo phương 1 x Ảnh nhiễu xạ Laue có trục đối xứng bậc z [001] Chiếu chùm tia X theo phương [001], ảnh nhiễu xạ thu có trục đối xứng bậc tương ứng với tia X nhiễu xạ mặt: (1 11) (111)