PHƯƠNG PHÁP LAUE. GVHD GS TS. Lê Khắc Bình

Phương pháp Laue PHƯƠNG PHÁP LAUE GVHD GS TS Lê Khắc Bình HVTH Phùng Nguyễn Thái Hằng Học liệu mở tiếng Việt http //mientayvn com/OCW/MIT/Vat l i html MỤC LỤC I Cơ sở lý thuyết II Bố trí thí nghiệ[.]

PHƯƠNG PHÁP

LAUE

GVHD: GS TS Lê Khắc Bình HVTH: Phùng Nguyễn Thái Hằng

Học liệu mở tiếng Việt:

http://mientayvn.com/OCW/MIT/Vat_l i.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 tạo ảnh nhiễu xạ Laue

Năm 1915 hai cha

con nhà họ Bragg

được giải thưởng

tuổi, là người

trẻ nhất được

giải thưởng lớn

Tia X

Tia X là sóng điện

từ với bước sóng 

vào khoảng vài Ao

(= 0,1 nm), nằm

giữa bước sóng

của tia  và ánh

sáng tử ngoại

m

Do đĩ cĩ thể dùng tia X để

nghiên cứu cấu trúc của tinh

thể

Nhiễu xạ từ hạt đơn và vật liệu rắn

Để hiểu được hiện tượng nhiễu xạ, ta xét điều gì xảy ra khi một sóng tương tác với một hạt hoặc vật liệu rắn?

Hạt đơn

Sóng tới tương tác với một hạt sẽ cho

tia tán xạ đồng nhất theo mọi hướng

Nhiễu xạ từ vật liệu rắn

 Nếu các nguyên tử sắp xếp không có

trật tự, khi có sóng tới, các chùm tán xạ

tăng cường và triệt nhau một cách hỗn

loạn Chúng không thể tăng cường lẫn

nhau theo một chiều nào đó để cho chùm

tia nhiễu xạ

 Trong vật liệu kết tinh, các nguyên tử

hay phân tử sắp xếp có trật tự, tuần hoàn

trong không gian, các chùm tán xạ cộng

vào nhau theo một số chiều và tăng

cường nhau để cho các chùm nhiễu xạ

Khi góc tới bằng góc phản xạ nếu các tia đến mặt gương đồng pha thì khi phản xạ vẫn đồng pha cho dù chúng đập vào gương ở điểm nào.

Khi góc tới và góc phản xạ bằng nhau : BD=AC , các tia phản xạ từ hai điểm của mặt có quang lộ như nhau nên hiệu pha giữa chúng không đổi





C D

2 

Sự nhiễu xạ một họ mặt của

mạng tinh thể

Góc tới Góc phản xa Bước sóng tia tới

ĐỊNH LUẬT BRAGG

- Hiệu quang lộ của hai tia là: DE + EF

- Khi hiệu quang lộ là một số nguyên lần bước sóng thì các

tia phản xạ từ họ mặt mạng của tinh thể được tăng cường

tức là có hiện tượng nhiễu xạ

ĐỊNH LUẬT BRAGG

Công thức Bragg là hệ quả của tính chất cơ bản của tinh thể là tính tuần hoàn mà không liên quan gì đến thành phần hóa học của tinh thể cũng như cách sắp xếp của các nguyên tử trong những mặt phẳng phản xạ

Nhiễu xạ bậc n từ họ mặt

mạng (hkl)

Định luật Bragg được viết lại

Nhiễu xạ bậc n từ họ mặt mạng (hkl) có khoảng cách giữa 2 mặt liên tiếp là d tương đương với nhiễu xạ bậc nhất từ họ mặt mạng (h’k’l’) có khoảng cách giữa 2 mặt liên tiếp là d/n

Mặt mạng (h’k’l’) có chỉ số Miller là (nh nk nl)

Ví dụ: nhiễu xạ bậc 3 của họ mặt (111) tương đương với nhiễu xạ bậc nhất của họ mặt (333)

3 điều quan trọng coù thể ruùt ra từ

phương trình Bragg :

+ sin tỷ lệ với 1/d : khoảng cách giữa các nguyên tử càng lớn thì góc nhiễu xạ càng nhỏ và ngược lại Điều này cho thấy mối

quan hệ nghịch đảo giữa sự sắp xếp thực

của các nguyên tử và các vết nhiễu xạ

dẫn tới khái niệm về không gian đảo

+ sin tỉ lệ với  : góc nhiễu xạ nhỏ khi bước sóng tia tới nhỏ

+ Nhiễu xạ có cùng xác suất với n=1 và

n= -1 : các vết nhiễu xạ phân bố với một

sự đối xứng nào đó

Định luật Bragg:n   2 sin d 

θ = 0o : các tia không thay đổi chiều, quang lộ như nhau với các hạt ( không phụ thuộc

vị trí của chúng )

 Không cho thông tin về sự sắp xếp trong không gian của các nguyên tử

= 90o : tia phản xạ quay ngược lại nguồn

Hiệu quang lộ bằng 2d -> chỉ thu được

thông tin về khoảng cách bằng nửa bước sóng sử dụng

Muốn có độ phân giải cao cần dùng

bước sóng ngắn ( để phân tích cấu trúc tinh thể phải dùng tia X mà không dùng ánh sáng )

Hai goùc nhiễu xạ

giơùi hạn

Định luật Bragg:n   2 sin d 

Sự nhiễu xạ trên tinh thể

Phương trình Bragg cho ta biết điều kiện xuất

hiện và chiều của chùm tia phản xạ trên 1 họ mặt nào đó của một tinh thể đơn giản P dựa trên giả thiết hạt tán xạ là 1 điểm

đứng yên ở các nút mạng

 Dựa vào công thức Bragg 2dsin = n

có thể sử dụng các

phương pháp sau :

 giữ nguyên góc tới , thay đổi bước

sóng :

Phương pháp Laue

 Giữ nguyên bước sóng, thay đổi góc tới :

Phương pháp tinh thể quay

Phương pháp Debye – Schrerer ( phương pháp bột ) •

Phương pháp nghiên cứu cấu trúc

bằng nhiễu xạ tia X

Phương pháp nhiễu xạ tia X

Sự định hướng

Đơn tinh thê

Chùm đa sắc

Cố định góc tới

Hằng số mạng Đơn tinh thê Chùm đơn sắc Thay đổi góc tới

Các thông số mạng

Đa tinh thê (bột) Chùm đơn sắc Thay đổi góc tới

Phim chụp

tia X

Tinh thể Tia X tới

PHƯƠNG PHÁP LAUE

- Phương pháp Laue xác định sự định hướng của đơn tinh thể bằng cách chụp tia X truyền qua tinh thể hoặc tia X phản xạ từ tinh thể

- Trên ảnh nhiễu xạ Laue thường

thấy các vết nhiễu xạ sắp xếp theo

các đường cong xác định

- Ứng với mỗi giá trị bước sóng nhất

định ta tìm được nhiều giá trị d và θ

thỏa mãn định luật Bragg tức là các

đường cong xác định đi qua các vết

nhiễu xạ là kết quả nhiễu xạ của tia

trên các mặt tinh thể thuộc 1 vùng

Phương phaùp phản

xạ :

Phim đặt giữa nguồn tia

X và mẫu cắt mặt nón

nhiễu xạ , các vết

nhiễu xạ nằm trên

đường hyperbol Phương phaùp truyền

Phương pháp Laue chụp thuận hoặc ngược được dùng để xác định chiều của đơn

tinh thể để tạo ra các mẫu có sự định

hướng mong muốn cho các nghiên cứu

vật lý khác nhau

Hình ảnh nhiễu xạ Laue

Sự đối xứng của hình ảnh vết nhiễu xạ phản ánh sự đối xứng của tinh thể theo hướng của chùm tia tới Phương pháp Laue thường được dùng để xác định sự định hướng của đơn tinh thể bằng cách chiếu vào mẫu nguồn tia X trắng

Đơn tinh thể

Phổ liên tục của tia X

Sự đối xứng của tinh thể, sự định hướng

Để nghiên cứu ảnh nhiễu xạ Laue chúng ta vẽ hình cầu Ewald trong không gian mạng đảo

Trước tiên ta xét một số tính chất của mạng đảo

2 Nguyên lý tạo ảnh nhiễu xạ Laue

Vài tính chaát của mạng đảo

 Một nuùt trên mạng đảo biểu thị cho một họ mặt và khoảng caùch giữa hai mặt keá nhau.

 G hkl hướng từ gốc tọa độ đến điểm hkl của mạng đảo vuông góc với họ mặt (hkl) của tinh thể

| Ghkl | = M / dhkl

 a i b j = M. ij

Caàu Ewald

1 Vẽ mạng đảo

2 Chọn nút S0 là gốc của

mạng đảo

3 Dọc theo phương của

chùm tới đặt đoạn OSo=1/λ

4 Vẽ mặt cầu tâm O, bán

kính OSo

5 Sự nhiễu xạ xuất hiện

nếu mặt cầu đi qua nút

Cầu Ewald

Các nút mạng đảo thuộc mặt cầu sẽ cho vết nhiễu xạ trên phim

Các tia nhiễu xạ cắt detector sẽ thu nhận tín hiệu về mẫu

Đơn tinh thể

được đặt tại tâm của hình cầu

Có thể hiểu phương

pháp Laue bằng các

vẽ mặt cầu Ewald

Chùm tia X có các

vectơ sóng nằm trong

khoảng từ k omin đến

k omax đến tinh thể dưới

cùng một góc tới

Hình cho thấy đường

tròn nhỏ có bán kính

komin và đường tròn lớn

có bán kính komax

Tất cả các điểm của

mạng đảo nằm trong

phần tối sẽ thỏa

mãn điều kiện nhiễu

xạ : các họ mặt ứng

với các điểm đó cho

các tia nhiễu xạ

Phương phaùp

Laue

komin

komax

kmin

kmax

Caùc veát nhiễu xạ Laue (a) truyền qua và (b) phản xạ của một tinh thể crystal Al (lập phương)

Bức xạ Tungsten , 30 kV

Vuøng tinh

theå

Sơ đồ giải thích sự hình thành đường vùng trên ảnh Laue

Hhkl u