M. V. Laue đã phát hiện ra hiện tượng nhiễu xạ tia X bởi mạng tinh thể năm 1912 [6]. Hiện tượng nhiễu xạ phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể và bước sóng của bức xạ. Vì vậy, bức xạ tia X thường được dùng để phân tích cấu trúc tinh thể.
Hình 2.3. Nhiễu xạ tia X trên các mặt nguyên tử.
* Điều kiện để quan sát thấy nhiễu xạ tia X (định luật Bragg)
Giả thiết sóng tia tới X bị phản xạ trên các mặt tinh thể song song nhau và cách nhau một khoảng d (hình 2.2). Sóng phản xạ trên mỗi mặt phẳng tinh thể có cường độ rất yếu. Nhưng nếu các sóng phản xạ giao thoa với nhau thì có thể nhận được chùm tia nhiễu xạ có cường độ rất mạnh (cực đại nhiễu xạ).
20
ΔL =2dsin θ (2.1)
Nếu ΔL =2dsin θ = nλ (n là số nguyên) (2.2)
Biểu thức (2.2) là điều kiện nhận được chùm tia nhiễu xạ có cường độ mạnh nhất, đây được gọi là điều kiện phản xạ Bragg. Từ điều kiện này có thể rút ra kết luận sau:
- Vì sin θ ≤ 1 nên chùm tia nhiễu xạ cực đại chỉ xảy ra đối với các bức xạ có bước sóng λ ≤ 2d.
- Với các giá trị của d và λ, chỉ quan sát thấy chùm tia nhiễu xạ cực đại ở những hướng góc θ thỏa mãn điều kiện Bragg.
- Trong một tinh thể thường có nhiều hệ mặt phẳng tinh thể (hkl), mỗi hệ mặt phẳng này nếu thỏa mãn điều kiện (2.2) đều có thể cho các cực đại nhiễu xạ ở các hướng ứng với các góc θ khác nhau.
Sau khi có được số liệu từ hình ảnh nhiễu xạ tia X, dựa vào sự đồng nhất về cấu trúc của mẫu chế tạo và phổ chuẩn đã được xác định ta có thể tính được hằng số mạng của ô cơ bản trong các mẫu chế tạo. Từ phổ chuẩn so sánh nhiễu xạ tia X, ta xác định được mối liên quan giữa khoảng cách giữa các mặt tinh thể (d), chỉ số Miller (hkl) và hằng số mạng (a,b,c). Do có sự đồng nhất về cấu trúc mẫu nên mẫu chế tạo có chung bộ chỉ số Miller với phổ chuẩn. Để xác định hằng số mạng chuẩn ta thay khoảng cách đặc trưng d giữa các mặt tinh thể của mẫu chế tạo được xác định từ kết quả ảnh nhiễu xạ tia X vào công thức liên hệ giữa các thông số dhkl và a,b,c rồi từ đó xác định được hằng số mạng trong các mẫu chế tạo.