Характер - дифракционная картина
Cтраница 1
Характер дифракционной картины, свойственной электронам с высокой энергией ( 10 - 50 кэВ), падающим под малыми углами, может свидетельствовать о некоторых топографических деталях поверхности. Так, кольцеобразная картина, получаемая от поликристаллической поверхности, должна быть обусловлена в основном пропусканием выступающих кристаллов, через которые электронный пучок проходит без значительной потери энергии; этот вывод подтверждается тем, что расположение колец обычно не изменяется. Шероховатая поверхность монокристалла дает, конечно, пятно, а не кольца. [1]
Характер дифракционных картин зависит от формы препятствий или отверстий, их размеров, способов наблюдения, состава падающего света и других условий. [2]
Нужно заметить, что ввиду прочности ковалентных сил, приводящей к строгой периодичности цепных молекул и стремления их укладываться параллельно друг другу, строение их агрегатов во многих случаях можно описывать на основании идеально-па-ракристаллической функции распределения второго рода ( 89) или, во всяком случае, принять, что в итоговой формуле ( 101) поправочный член U не имеет значения для качественных выводов о характере дифракционной картины. [3]
В методе Лауэ для исследования берется один кристалл, но просвечивается он рентгеновским пучком, состоящим из лучей с широким диапазоном длин волн. Характер дифракционной картины отражает симметрию расположения атомов в плоскостях, перпендикулярных к направлению луча, и поэтому зависит от установки кристалла по отношению к лучу. Так, например, при произвольной установке кристалла картина может получиться довольно сложной, но при установке каким-либо кристаллографическим направлением вдоль луча картина будет несравненно проще. В частности, если луч направлен вдоль ребра куба кристалла кубической системы, картина будет иметь четверную симметрию; если же луч направлен вдоль пространственной диагонали куба, то симметрия картины будет тройной. Поэтому, просвечивая неизвестный кристалл вдоль различных направлений, мы можем получить представление о симметрии расположения в нем атомов. [4]
В пирогенных условиях синтеза исследование концентрационных полей кристаллизации фторамфиболов в системе NaF - MgF2 - MgO - Si02 - GeO2 показало, что в области температур 800 - 1100 из смесей с различным соотношением Si02: Ge02 образуются игольчатые кристаллы германосиликатов и германатов. При соответствующем выборе температурно-вре-менных условий синтеза получены мономинеральные продукты. Характер дифракционной картины с закономерным изменением din и / / / в гомологическом ряду силикат-германосиликат-германат позволяет однозначно отнести оба синтезированных минерала к кристаллохимической группе амфиболов типа рихтерита Установлено, что повышение температуры и увеличение продолжительности опытов ведет к преимущественному развитию призматических кристаллов. Введение в исходные смеси плавня-минерализатора NaCl способствует образованию игольчато-волокнистых разностей этих минералов и снижению нижней температурной границы их образования. [5]
В методе Лауэ для исследования берут один кристалл и облучают пучком рентгеновских лучей с широким диапазоном длин волн, в котором всегда будут волны, длина которых удовлетворяет условию дифракции. На фотографической пластинке, расположенной за кристаллом, возникает черное пятно в том месте, куда падает прямой пучок рентгеновских лучей, и ряд других пятен, указывающих на преимущественное рассеяние пучка рентгеновских лучей в определенных направлениях. Характер дифракционной картины отражает симметрию расположения атомов в плоскостях, перпендикулярных направлению луча. Облучая неизвестный кристалл вдоль различных направлений, можно получить представление о симметрии расположения в нем атомов. Обработка полученных данных позволяет расшифровать структуру кристалла. [6]
В главе 7 при рассмотрении вопросов дифракции излучения на кристаллах указывалось, что при рассеянии на неограниченном кристалле возникают узкие дифракционные максимумы, положение которых определяется в соответствии с формулой Вульфа - Брэгга межплоскостными расстояниями, а ширина - размером кристалла. В весьма грубой модели картину дифракции на аморфных материалах можно рассматривать как происходящую на совокупности ультрамалых беспорядочно ориентированных кристаллитов ( см. рис. 12.2, а), и поэтому узкие дифракционные максимумы при переходе к рассеянию аморфными материалами должны трансформироваться в широкие диффузные гало. Такой подход позволяет качественно объяснить характер дифракционной картины от аморфных веществ, однако даже при исследовании структуры аморфных материалов с помощью наиболее высокоразрешающего метода - дифракции электронов - узкие дифракционные максимумы обнаружить не удалось. По этой причине модель аморфных материалов как ультрамикрокристаллических веществ далеко не всегда считается справедливой. [7]
Условия, близкие к условиям Фраунгофера, можно осуществить, поместив малый источник света в фокусе линзы и собрав свет при помощи второй линзы в некоторой точке экрана, расположенного в ее фокальной плоскости. Эта точка служит изображением источника. Помещая мел-еду линзами экраны с отверстиями различной величины и формы, мы меняем характер дифракционной картины, являющейся изображением источника; в зависимости от размеров и формы отверстий часть света пойдет по тем или иным направлениям и будет собираться в различных точках приемного экрана. В результате изображение будет иметь вид пятна, освещенность которого меняется от места к месту. Решить задачу дифракции - значит найти это распределение освещенности на экране в зависимости от размеров и формы препятствий, вызывающих дифракцию света. Мы ограничимся разбором наиболее простых и в то же время наиболее важных случаев, когда отверстие имеет форму прямоугольника или круга в непрозрачных экранах. [8]
Обратим теперь внимание на следующее важное обстоятельство. Описанная выше дифракционная картина возникает тогда, когда через щель одновременно проходит большое число электронов. Можно было бы подумать, что участие большого числа электронов необходимо для дифракции, а отдельный электрон ведет себя как-нибудь иначе. Из оптики уже давно известно, что характер дифракционной картины совершенно не зависит от интенсивности света. Фабрикант показали, что даже в том случае, когда отдельные электроны проходят через дифрагирующую систему поодиночке через относительно огромные промежутки времени и, следовательно, ведут себя абсолютно независимо друг от друга, - в конечном счете, при достаточной продолжительности опыта возникает дифракционная картина, в точности совпадающая с той, которую дают потоки в десятки миллионов раз более интенсивные. [9]
 |
Схема, изображающая идеальный случай складывания и. епей в кристаллах полиэтилена. [10] |
Картина, изображенная на рис. 14, показывает, что в принципе не существует барьера для продолжения складывания молекул вдоль границ доменов, поэтому кристаллы могут расти очень просто, путем повторяющейся конденсации молекул с образованием монослоев, которые спирально развиваются по периферии кристаллов. Действительно, нет оснований считать, что молекулы не могут складываться в данном индивидуальном кристалле самыми разными способами. Так как в кристалле данной внешней формы возможны многие способы складывания молекул, то, по-видимому, складывание на молекулярном уровне является беспорядочным, и можно предполагать, что неупорядоченность будет возрастать при более высоких скоростях роста. Однако обнаружить на электронном микроскопе границы доменов складывания не легко, если только они не вырисовываются под влиянием неупорядоченности. Различные способы складывания почти не будут влиять на характер дифракционной картины, потому что последняя зависит в основном от порядка расположения молекул в объеме кристаллов. [11]
Величина F - называется структурным фактором. Этот параметр определяет расположение рассеивающих атомов внутри элементарной ячейки кристаллической решетки. Интерференция рассеянных волн, обусловленная дифракцией электронов на отдельных атомах ячейки, может вызывать появление определенных рефлексов постепенно уменьшающейся интенсивности; в некоторых случаях наблюдается полное гашение рассеянных лучей и исчезновение рефлексов. Сопоставляя величины F - для различных рефлексов, можно получить достаточно полную информацию об элементарной ячейке. Кроме того, понятие структурного фактора включает в себя влияние температуры на характер дифракционной картины рассеяния электронов. Для оценки этого влияния необходимо рассчитать уменьшение интенсивности рефлексов, обусловленное отклонением центров рассеяния от их равновесных положений. [12]
Нетрудно видеть, что это соотношение аналогично соотношению Эйнштейна р Kk для фотонов, поскольку А 2ir / k, где k - волновой вектор. Возникновение интерференционной картины при рассеянии электронов можно объяснить, связав с движением электрона распространение некоторой волны ( волны де Вройля), если считать, что число электронов, попадающих на экран, зависит от амплитуды волны квадратично. Возникает вопрос о физическом смысле этих волн. Более тонкие эксперименты показывают, что электроны хотя и проявляют волновые свойства, все же являются частицами, которые можно обнаружить в том или ином месте на экране. Тогда оказывается, что при многократном повторении опыта можно зафиксировать электрон в определенных ( и различных) точках на экране, однако суммарное распределение электронов по-прежнему будет иметь характер дифракционной картины. Тем самым провозглашается, что движение электронов принципиально имеет недетерминистический характер. Невозможно точно предсказать, в какую точку попадет электрон при заданных начальных условиях движения, можно лишь определить вероятность попадания в ту или иную точку. Таким образом, соединение волновой и корпускулярной картин движения воедино приводит к теории, принципиально отличающейся от классической механики и имеющей существенно недетерминистическую с классической точки зрения природу. [13]
Страницы: 1