PHƯƠNG PHÁP LAUE

GVHD: GS. TS. Lê Khắc BìnhHVTH: Phung Nguyên Thai Hăng

Học liệu mở tiếng Việt:http://mientayvn.com/OCW/MIT/

Vat_li.html

MỤC LỤC

I. Cơ sở lý thuyết

II. Bố trí thí nghiệm

III. Ứng dụng và cách đoán nhận ảnh

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1. Định luật Bragg

2. Nguyên lý tao ảnh nhiêu xa Laue

Naêm 1915 hai cha con nhaø hoï Bragg ñöôïc giaûi thöôûng Nobel veà nhöõng ñoùng goùp trong lónh vöïc phaân tích caáu truùc tinh theå baèng phöông phaùp nhieãu xaï tia X.

Naêm ñoù W.L. Bragg môùi 25 tuoåi, laø ngöôøi treû nhaát ñöôïc giaûi thöôûng lôùn naøy.

Sir William Henry  Bragg (1862-1942),William Lawrence  Bragg (1890-1971)

1. Đinh luât Bragg

Tia X

Tia X laø soùng ñieän töø vôùi böôùc soùng vaøo khoaûng vaøi Ao (= 0,1 nm), naèm giöõa böôùc soùng cuûa tia vaø aùnh saùng töû ngoaïi.

m

Do đó có thê dung tia X đê nghiên cưu câu truc cua tinh thê

Nhiêu xa tư hat đơn va vât liêu răn

Đê hiêu đươc hiện tương nhiêu xa, ta xet điêu gi xảy ra khi môt sóng tương tác vơi môt hat hoăc vật liệu răn?

Hat đơn

Sóng tơi tương tác vơi môt hat se cho tia tán xa đông nhât theo moi hương

Nhiêu xa tư vât liêu rắn

Nếu các nguyên tư săp xếp không có trật tư, khi có sóng tơi, các chum tán xa tăng cương và triệt nhau môt cách hôn loan. Chung không thê tăng cương lân nhau theo môt chiêu nào đó đê cho chum tia nhiêu xa

Trong vật liệu kết tinh, các nguyên tư hay phân tư săp xếp có trật tư, tuân hoàn trong không gian, các chum tán xa công vào nhau theo môt số chiêu và tăng cương nhau đê cho các chum nhiêu xa

Khi goùc tôùi baèng goùc phaûn xaï neáu caùc tia ñeán maët göông ñoàng pha thì khi phaûn xaï vaãn ñoàng pha cho duø chuùng ñaäp vaøo göông ôû ñieåm naøo.

Khi goùc tôùi vaø goùc phaûn xaï baèng nhau : BD=AC , caùc tia phaûn xaï töø hai ñieåm cuûa maët coù quang loä nhö nhau neân hieäu pha giöõa chuùng khoâng ñoåi.

A B

CD

2

Söï nhieãu xaï moät hoï maët cuûa maïng tinh theå

Goc tơiGoc phan xaBươc song tia tơi

2

Goc nhiêu xa 2

ĐINH LUÂT BRAGG

- Hiệu quang lô cua hai tia là: DE + EF- Khi hiệu quang lô là môt số nguyên lân bươc sóng thi các tia phản xa tư ho măt mang cua tinh thê đươc tăng cương tưc là có hiện tương nhiêu xa

sinEF d

sinDE d

2 sinDE EF d

2 sinn d

Đinh luât Bragg:

2 sinn d

ĐINH LUÂT BRAGG

Coâng thöùc Bragg laø heä quaû cuûa tính chaát cô baûn cuûa tinh theå laø tính tuaàn hoaøn maø khoâng lieân quan gì ñeán thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa tinh theå cuõng nhö caùch saép xeáp cuûa caùc nguyeân töû trong nhöõng maët phaúng phaûn xaï.

Nhiêu xa bâc n tư ho măt mang (hkl)

Đinh luât Bragg đươc viết lai

Nhiêu xa bâc n tư họ măt mang (hkl) có khoang cách giưa 2 măt liên tiếp là d tương đương vơi nhiêu xa bâc nhât tư họ măt mang (h’k’l’) có khoang cách giưa 2 măt liên tiếp là d/n Măt mang (h’k’l’) có chi sô Miller là (nh nk nl)Ví du: nhiêu xa bâc 3 cua họ măt (111) tương đương vơi nhiêu xa bâc nhât cua họ măt (333)

sin2

n

d

3 ñieàu quan troïng cou theå ruut ra töø phöông trình Bragg :+ sin tyû leä vôùi 1/d : khoaûng caùch giöõa caùc nguyeân töû caøng lôùn thì goùc nhieãu xaï caøng nhoû vaø ngöôïc laïi. Ñieàu naøy cho thaáy moái quan heä nghòch ñaûo giöõa söï saép xeáp thöïc cuûa caùc nguyeân töû vaø caùc veát nhieãu xaï daãn tôùi khaùi nieäm veà khoâng gian ñaûo.

+ sin ti leä vôùi : goùc nhieãu xaï nhoû khi böôùc soùng tia tơi nhoû + Nhieãu xaï coù cuøng xaùc suaát vôùi n=1 vaø n= -1 : caùc veát nhieãu xaï phaân boá vôùi moät söï ñoái xöùng naøo ñoù

Đinh luât Bragg: 2 sinn d

θ = 0o : caùc tia khoâng thay ñoåi chieàu, quang loä nhö nhau vôùi caùc haït ( khoâng phuï thuoäc vò trí cuûa chuùng ).

Khoâng cho thoâng tin veà söï saép xeáp trong khoâng gian cuûa caùc nguyeân töû.

= 90o : tia phaûn xaï quay ngöôïc laïi nguoàn. Hieäu quang loä baèng 2d -> chæ thu ñöôïc thoâng tin veà khoaûng caùch baèng nöûa böôùc soùng söû duïng.

Muoán coù ñoä phaân giaûi cao caàn duøng böôùc soùng ngaén ( ñeå phaân tích caáu truùc tinh theå phaûi duøng tia X maø khoâng duøng aùnh saùng )

Hai gouc nhieãu xaï giôui haïnĐinh luât Bragg: 2 sinn d

Söï nhieãu xaï treân tinh theå

Phöông trình Bragg cho ta bieát ñieàu kieän xuaát hieän vaø chieàu cuûa chuøm tia phaûn xaï treân 1 hoï maët naøo ñoù cuûa moät tinh theå ñôn giaûn P döïa treân giaû thieát haït taùn xaï laø 1 ñieåm ñöùng yeân ôû caùc nuùt maïng.

Ñònh luaät Bragg (1) khoâng cho bieát veà cöôøng ñoä vaø ñoä roäng cuûa caùc ñænh nhieãu xaï (2) boû qua söï taùn xaï khaùc nhau töø caùc nguyeân töû khaùc nhau (3) boû qua söï phaân boá cuûa ñieän tích quanh haït nhaân.

Döïa vaøo coâng thöùc Bragg 2dsin = n

coù theå söû duïng caùc phöông phaùp sau :

giöõ nguyeân goùc tôùi , thay ñoåi böôùc soùng :

Phöông phaùp Laue

Giöõ nguyeân böôùc soùng, thay ñoåi goùc tôùi :

Phöông phaùp tinh theå quay

Phöông phaùp Debye – Schrerer ( phöông phaùp boät ) •

Phương phap nghiên cưu câu truc băng nhiêu xa tia X

Phương phap nhiêu xa tia X

Laue Quay tinh thê Debye-Scherrer

Sư đinh hươngĐơn tinh thêChum đa săc

Cô đinh goc tơi

Hăng sô mangĐơn tinh thê

Chum đơn săcThay đôi goc tơi

Cac thông sô mangĐa tinh thê (bôt)Chum đơn săc

Thay đôi goc tơi

Nguoàn tia X

traéng

Phương phap Laue

Collimator

Tinh theå coá ñònh

Phim chuïp tia X

Tinh theå

Tia X tôùi

PHƯƠNG PHÁP LAUE- Phương pháp Laue xác định sư định hương cua đơn tinh thê băng cách chụp tia X truyên qua tinh thê hoăc tia X phản xa tư tinh thê

- Trên ảnh nhiêu xa Laue thương thây các vết nhiêu xa săp xếp theo các đương cong xác định

- Ứng vơi môi giá trị bươc sóng nhât định ta tim đươc nhiêu giá trị d và θ thoa man định luật Bragg tưc là các đương cong xác định đi qua các vết nhiêu xa là kết quả nhiêu xa cua tia trên các măt tinh thê thuôc 1 vung

Phöông phaup phaûn xaï :

Phim ñaët giöõa nguoàn tia X vaø maãu caét maët noùn nhieãu xaï , caùc veát nhieãu xaï naèm treân ñöôøng hyperbol. Phöông phaup truyeàn

qua :

Phim ñaët sau tinh theå ñeå chuïp tia X truyeàn qua maãu.

Phim caét maët noùn, caùc veát nhieãu xaï naèm treân moät ñöôøng ellip.

Phöông phaùp Laue chuïp thuaän hoaëc ngöôïc ñöôïc duøng ñeå xaùc ñònh chieàu cuûa ñôn tinh theå ñeå taïo ra caùc maãu coù söï ñònh höôùng mong muoán cho caùc nghieân cöùu vaät lyù khaùc nhau.

Hinh anh nhiêu xa Laue

Sư đôi xưng cua hinh anh vêt nhiêu xa phan anh sư đôi xưng cua tinh thê theo hương cua chum tia tơi. Phương phap Laue thương đươc dung đê xac đinh sư đinh hương cua đơn tinh thê băng cach chiêu vao mâu nguôn tia X trăng

Đơn tinh thê

Phô liên tuc cua tia X

Sư đôi xưng cua tinh thê, sư đinh hương

Đê nghiên cưu ảnh nhiêu xa Laue chung ta ve hinh câu Ewald trong không gian mang đảo

Trươc tiên ta xet môt số tính chât cua mang đảo

2. Nguyên ly tao anh nhiêu xa Laue

Vaøi tính chaat cuûa maïng ñaûo

Moät nuut treân maïng ñaûo bieåu thò cho moät hoï maët vaø khoaûng cauch giöõa hai maët kea nhau.

Ghkl höôùng töø goác toïa ñoä ñeán ñieåm hkl cuûa maïng ñaûo vuoâng goùc vôùi hoï maët (hkl) cuûa tinh theå

| Ghkl | = M / dhkl ai.bj = M.ij

Caàu EwaldCaàu Ewald

1. Ve mang đảo

2. Chon nut S0 là gốc cua mang đảo

3. Doc theo phương cua chum tơi đăt đoan OSo=1/λ

4. Ve măt câu tâm O, bán kính OSo

5. Sư nhiêu xa xuât hiện nếu măt câu đi qua nut mang đảo khác

O So

1/λ

Phkl

m

0

1 1122sin1 2

oS Pd

OS d

2 .sind

Câu Ewald

Các nút mang đao thuôc măt câu se cho vết nhiêu xa trên phim

Các tia nhiêu xa căt detector se thu nhân tín hiệu vê mâu

Đơn tinh thê đươc đăt tai tâm cua hình câu

Coù theå hieåu phöông phaùp Laue baèng caùc veõ maët caàu Ewald. Chuøm tia X coù caùc vectô soùng naèm trong khoaûng töø komin ñeán komax ñeán tinh theå döôùi cuøng moät goùc tôùi.

Hình cho thaáy ñöôøng troøn nhoû coù baùn kính komin vaø ñöôøng troøn lôùn coù baùn kính komax.

Taát caû caùc ñieåm cuûa maïng ñaûo naèm trong phaàn toái seõ thoûa maõn ñieàu kieän nhieãu xaï : caùc hoï maët öùng vôùi caùc ñieåm ñoù cho caùc tia nhieãu xaï.

Phöông phaup Laue

komi

n

komax

kmin

kmax

Cauc veat nhieãu xaï Laue (a) truyeàn qua vaø (b) phaûn xaï cuûa moät tinh theå crystal Al (laäp phöông). Böùc xaï Tungsten , 30 kV.

Vuøng tinh theå

Sơ đô giai thich sư hinh thanh đương vung trên anh Laue

Hhkl u