krystal - trojrozměrná translační symetrie
description
Transcript of krystal - trojrozměrná translační symetrie
krystal - trojrozměrná translační symetrie difrakce na mřížce
!!! nevidíme mřížku přímo, vidíme difrakční obraz !!!!!! nevidíme mřížku přímo, vidíme difrakční obraz !!!
mří
žka
stín
ítko
θ
krystal - trojrozměrná translační symetrie difrakce na mřížce
vhodná vlnová délka????
λ~10-10m
~10-10m
Wilhelm Conrad Röntgen(1845-1923)
Max Theodor Felix von Laue(1879-1960)
W.H.Bragg(1862-1942)
W.L.Bragg(1890-1970)
Monokrystalové difrakční metody
Difrakce na monokrystalech – základní problémy
1. Určení krystalové strukturyurčení symetrie, elementární buňky, mřížových parametrů
2. Zjištění orientace krystalu, orientace krystalu
3. Zjištění „kvality“ monokrystalu
4. Studium reálné struktury monokrystalu defekty mříže
n = 2d sin
Reciproká mříž
Monokrystalové difrakční metody - klasifikace
Laueovy podmínky
a. (s – s0) = hb. (s – s0) = kc. (s – s0) = l
k – k0 = ha* + kb* + lc* = Hhkl
|Hhkl| = 1/dhkl
n = 2d sin
http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chm729/recip/8ewald.htm
1. Krystal umístíme do středu kulové plochy o poloměru 1/ .2. Do bodu 0, kde primární paprsek vychází z této kulové plochy, umístíme počátek reciproké mříže krystalu.3. Leží-li nějaký mřížový bod hkl reciproké mříže na této tzv. Ewaldově kulové ploše, jsou splněny Laueho difrakční podmínky pro osnovu rovin ( hkl ) a difraktovaný svazek prochází tímto bodem reciproké mříže (tento bod leží na konci vektoru Ghkl , který je kolmý k rovinám ( hkl )).
Ewaldova konstrukce
Evaldova konstrukce
http://www.xray.cz/kryst/giaco/bragg/ewald.htm
Stereografická projekce
Stereografická projekce
Určení úhlu mezi dvěma rovinami Nalezení osy zóny rovin
Zdroje záření – vznik záření
dopadem urychleného elektronu na pevnou podložku
změna dráhy relativistického elektronu
vybuzené fluorescenční záření
brzdné charakteristické
Brzdné záření
Charakteristické záření Rtg lampa
Charakteristické zářeníCharakteristické záření
W 69,3
Mo 20,0
Cu 8,9
Co 7,7
Cr 6,0
Budící potenciály(kV)
Ag 60
Mo 50-60
Cu 35-40
Co 30-35
Cr 20-25
Optimální napětí(kV)
Rotační anoda
W-Rh na Mo jádře
Synchrotronové zářeníPohyb relativistického elektronu po kruhové dráze (J. Larmor 1897, A. Lienard 1898, 40. Léta Sokolov, Ivanenko, Pomeranchuk, Ternov)
SR poprvé pozorováno v General Electric Laboratory 1946 (70 MeV elektron synchrotron)
Akumulační prstenec (1966)
ESRF 17’’
Vysoká intenzita, vysoký jasŠiroký spektrální obor (spojité spektrum), dobře definovanýVysoký stupeň polarizace v rovině orbituPulsní strukturaPřirozená kolimace, velmi malá úhlová divergence
ESRF 100 ps
Ohybový magnetSupravodivý magnetID
Čtvrtá generace zdrojů – FEL (Free electron laser)
Synchrotronové záření - vlastnosti
K = 0,934 B0 d0
Amplitudaindukce Perioda
Wiggler K > 1
Undulátor K < 1
ID – Insertion devices
undulátorvigler
CESLAB
ESRFEuropeanSynchrotronRadiationFacility
Monochromatizace
-filtr
odstranění měkké (dlouhovlnné) složky
Pro zeslabení na 1 %
Anoda Filtr Tloušťka (mm)
Zeslabení
Mo Zr 0,052 56 %
Cu Ni 0,013 58 %
Co Fe 0,0097 65 %
Fe Mn 0,0092 65 %
Cr V 0,0091 65.5 %
MonochromatizaceZrcadla
Nefokusující monochromátory
MonochromatizaceFokusující monochromátory
JohanssonJohann
Detekce záření• Fotografické účinky• Ionizace plynů• Luminiscence• Zvýšení elektrické vodivosti
Klasifikace detektorů
Fotografický filmIonizační komora, proporcionální detektor, Geigerův-MüllerůvFluorescenční stínítka, scintilační detektory
Polovodičové detektory
bodové plošné
Detekce zářeníŽelatinová vrstva (10-20 m) se zrny AgBr (109-1012 cm-2)
• Ionizační komora• Geigerův-Müllerův detektor• Proporcionální detektor
ZnS Přechody elektronů do valenčního pásu (1.5-3 eV)Použití – orientační detekce
Fotografická emulze
Plynové detektory
Scintilační detektory
Fluorescenční stínítka
NaJ + 1 % Tlmonokrystaluvolnění rychlého elektronu,ionizacetloušťka > 0.7 mm
Solid state detektory
Polohově citlivé detektory (PSD)
Soustava proporcionálních nebo polovodičovýchmozaikovémultielektrodovéBraun, Stoe, INEL
Ionizace plynu fotonem, elektrony jsou sbírany anodovým drátema generují elektrický náboj , který je odnášen dvěma pulsy v opačnýchsměrech, poloha se určuje ze zpoždění mezi dvěma konci drátu
Imaging plates
Od r. 1986
Laser stimulated fluorescence image plate, BaFBr + Eu2+
Velký dynamický rozsah, vysoká citlivost, nízké pozadí
Expozice ~ 5 min.
Latentní obraz
Skenování fokusovaným He-Ne svazkem (150 m, = 633 nm)
Fotostimulovaná luminiscence (390 nm)(intenzita úměrná počtu absorbovaných fotonů)
Čtení, fotonásobič, časová integrace
Obraz 1 000 000 pixelů, načten za cca 200 s
Smazání obrazu bílým světlem
Rtg foton → Eu2+ → Eu3+ elektrony přechází do vodivostního pásu a jsou zachyceny na metastabilních hladináchvzniklých přítomností děr na iontech Br- (F- centra)
CCD (Charged Coupled Device)
(Zn, Cd) Se1024x1024 pixelů
62x62 mmPrincip CCDhttp://www.pixcellent.com/CCDROLE5.htm
PDA (Photodiode Array)Detekce náboje v ochuzené p-n vrstvě diody
MOS prvky
Malé, teplotní šum
Laueova metoda
Polychromatický svazekStacionární krystalRovinný film
Snímky na průchodSnímky na odraz
Obraz reciproké mřížezkolabovanýzkreslený
METODY
METODYEwaldova konstrukce pro Laueovu metodu
Snímek na průchod
Snímek na odraz
Význam metody
rychlost
určení symetrie (Laueovy třídy)
ocenění „kvality“ krystalu
orientace krystalu
Stereografická projekce
1
2
Přenesení zón rovin do stereografické projekce
Orientace krystalu ve stereografické projekci
Standardní projekce, simulace projekcí a lauegramů
3
Nízkoindexové rovinyZnámé mezirovinné úhly
Indexace
Natočení goniometrické hlavičky
Další metody se stacionárním krystalemKvazimonochromatické zářeníKonvergenční metoda
Orientace krystalu
Metoda otáčeného krystalu
Krystal se otáčí na goniometrické hlavičce v ose válcové kazety
Krystal musí být najustován tak, aby osa rotace byla totožnás vektorem přímé mříže
Obraz reciproké mříže zkreslenýzkolabovaný
Monochromatické záření
Otáčení reciproké mříže kolem osy kolmé k a* a b*Vrstevnice
Weissenbergova metoda
Pohyblivý filmMonochromatické zářeníVymezení jedné vrstevnice clonouRotace spřažena s posuvem
Vymezení jedné vrstevncie clonou
Obraz reciproké mříže ZkreslenýNezkolabovaný
Interpretace snímků
Indexace 0-té vrstevnice krystalu otáčeného kolem osy c
Weissenbergova síť
konstantní k konstantní h
Precesní metoda
Precesní pohyb vzorkukolem primárního svazku
Monochromatické záření
Pohyb filmu
Obraz reciproké mřížeNezkolabovaný Nezkreslený
Dva Cardanovy závěsyShodný pohyb filmu i vzorku, film rovnoběžný s rovinou reciproké mříže
Špatná dostupnost reciprokého prostoru
Monokrystalová difraktometrie - goniometry
inklinační
ekvatoriální
Zdroj monochromátorgoniostatdetektor
- hlavní osa- osa hlavičky- osa kolmá na i - osa svírající s i asi 50°2= osa ramena detektoru
Goniostaty s Eulerovou kolébkou
- Eulerovy osy
Nevýhoda Eulerovykolébky –Omezení v reálném i reciprokém prostoru
Klasickýčtyřkruhovýgoniometrs Eulerovou kolébkou
Goniostaty s kappa geometrií
Osy svírají stejný úhel, obvykle 50°
= 0 - 100° = 0 - 360°
Nezávislé motoryPřesnost 0,001°