Transcript ppt
krystal
trojrozměrná translační symetrie difrakce na mřížce θ !!! nevidíme mřížku přímo, vidíme difrakční obraz !!!
krystal
trojrozměrná translační symetrie vhodná vlnová délka????
Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) difrakce na mřížce
λ~10 -10 m
~10 10 m Max Theodor Felix von Laue (1879-1960)
W.H.Bragg
(1862-1942) W.L.Bragg
(1890-1970)
Monokrystalov é difrakční metody
Difrakce na monokrystalech – základní problémy 1.
2.
Určení krystalové struktury určení symetrie, elementární buňky, mřížových parametrů Zjištění orientace krystalu, orientace krystalu 3.
Zjištění „kvality“ monokrystalu 4.
Studium reálné struktury monokrystalu defekty mříže
n = 2d sin Reciproká mříž
Monokrystalov é difrakční metody - klasifikace
Laueovy podmínky
a b
. (
s c
. ( . (
s s
– – –
s
0 ) = h
s
0 ) = k
s
0 ) = l
k – k
0 = ha* + kb* + lc* =
H
hkl |H hkl | = 1/d hkl n = 2d sin
Ewaldova konstrukce
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
)). http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chm729/recip/8ewald.htm
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 brzdné změna dráhy relativistického elektronu vybuzené fluorescenční záření charakteristické
Charakteristické záření Rtg lampa Brzdné záření
Charakteristické záření
Budící potenciály (kV) W 69,3 Mo Cu Co Cr 20,0 8,9 7,7 6,0 Optimální napětí (kV)
Ag Mo Cu Co Cr 60 50-60 35-40 30-35 20-25
Rotační anoda
W-Rh na Mo jádře
Synchrotronové záření
Pohyb 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’’
Synchrotronové záření - vlastnosti Vysoká intenzita, vysoký jas Široký spektrální obor (spojité spektrum), dobře definovaný Vysoký stupeň polarizace v rovině orbitu Pulsní struktura Přirozená kolimace, velmi malá úhlová divergence
ESRF 100 ps Ohybový magnet Supravodivý magnet ID
Čtvrtá generace zdrojů – FEL (Free electron laser)
ID – Insertion devices undulátor vigler K = 0,934 B 0 d 0 Amplituda indukce Wiggler K > 1 Undulátor K < 1 Perioda
CESLAB
ESRF
European Synchrotron Radiation Facility
Monochromatizace
Cu Co Fe Cr
-filtr
odstranění měkké (dlouhovlnné) složky Anoda Mo Pro zeslabení na 1 % Filtr Zr Tloušťka (mm) 0,052 Zeslabení 56 % Ni Fe Mn V 0,013 0,0097 0,0092 0,0091 58 % 65 % 65 % 65.5 %
Zrcadla
Monochromatizace
Nefokusující monochromátory
Monochromatizace
Fokusující monochromátory Johansson Johann
Detekce záření
• Fotografické účinky • Ionizace plynů • Luminiscence • Zvýšení elektrické vodivosti Klasifikace detektorů Fotografický film Ionizační komora, proporcionální detektor, Geigerův-Müllerův Fluorescenční stínítka, scintilační detektory Polovodičové detektory bodové plošné
Fotografická emulze
Detekce záření
Želatinová vrstva (10-20 m) se zrny AgBr (10 9 -10 12 cm -2 ) Plynové detektory Fluorescenční stínítka Scintilační detektory • Ionizační komora • Geigerův-Müllerův detektor • Proporcionální detektor ZnS Přechody elektronů do valenčního pásu (1.5-3 eV) Použití – orientační detekce NaJ + 1 % Tl monokrystal uvolnění rychlého elektronu, ionizace tloušťka > 0.7 mm Solid state detektory
Polohově citlivé detektory (PSD) Soustava proporcionálních nebo polovodičových Braun, Stoe, INEL mozaikové multielektrodové Ionizace plynu fotonem, elektrony jsou sbírany anodovým drátem a generují elektrický náboj , který je odnášen dvěma pulsy v opačných směrech, poloha se určuje ze zpoždění mezi dvěma konci drátu
Imaging plates
Laser stimulated fluorescence image plate, BaFBr + Eu 2+ Velký dynamický rozsah, vysoká citlivost, nízké pozadí Expozice ~ 5 min.
Rtg foton → Eu 2+ → Eu 3+ elektrony přechází do vodivostního pásu a jsou zachyceny na metastabilních hladinách vzniklých přítomností děr na iontech Br (F- centra) Od r. 1986 Latentní obraz Skenování fokusovaným He-Ne svazkem (150 m, = 633 nm) Obraz 1 000 000 pixelů, načten za cca 200 s Fotostimulovaná luminiscence (390 nm) (intenzita úměrná počtu absorbovaných fotonů) Čtení, fotonásobič, časová integrace Smazání obrazu bílým světlem
PDA (Photodiode Array) Detekce náboje v ochuzené p-n vrstvě diody CCD (Charged Coupled Device) MOS prvky Malé, teplotní šum 1024x1024 pixelů 62x62 mm (Zn, Cd) Se Princip CCD http://www.pixcellent.com/CCDROLE5.htm
METODY
Polychromatický svazek Stacionární krystal Rovinný film Snímky na průchod Snímky na odraz
Laueova metoda
Obraz reciproké mříže zkolabovaný zkreslený
METODY
Ewaldova konstrukce pro Laueovu metodu
Snímek na průchod
Snímek na odraz
Význam metody rychlost ocenění „kvality“ krystalu určení symetrie (Laueovy třídy) orientace krystalu
Stereografická projekce
1
Přenesení zón rovin do stereografické projekce
2
Orientace krystalu ve stereografické projekci
Známé mezirovinné úhly Nízkoindexové roviny 3
Indexace
Standardní projekce, simulace projekcí a lauegramů
Orientace krystalu
Natočení goniometrické hlavičky Další metody se stacionárním krystalem Kvazimonochromatické záření Konvergenční metoda
Metoda otáčeného krystalu
Krystal se otáčí na goniometrické hlavičce v ose válcové kazety Monochromatické záření Krystal musí být najustován tak, aby osa rotace byla totožná s vektorem přímé mříže Obraz reciproké mříže zkreslený zkolabovaný
Otáčení reciproké mříže kolem osy kolmé k
a
* a
b
* Vrstevnice
Weissenbergova metoda
Pohyblivý film Monochromatické záření Vymezení jedné vrstevnice clonou Rotace spřažena s posuvem Vymezení jedné vrstevncie clonou Obraz reciproké mříže Zkreslený Nezkolabovaný
Interpretace snímků Indexace 0-té vrstevnice krystalu otáčeného kolem osy
c
konstantní k konstantní h Weissenbergova síť
Precesní pohyb vzorku kolem primárního svazku Monochromatické záření Pohyb filmu Obraz reciproké mříže Nezkolabovaný Nezkreslený
Precesní metoda
Dva Cardanovy závěsy Shodný pohyb filmu i vzorku, film rovnoběžný s rovinou reciproké mříže Špatná dostupnost reciprokého prostoru
Monokrystalová difraktometrie - goniometry
inklinační Zdroj monochromátor goniostat detektor ekvatoriální - hlavní osa - osa hlavičky - osa kolmá na - osa svírající s i i asi 50° 2 = osa ramena detektoru
Goniostaty s Eulerovou kolébkou
- Eulerovy osy
Nevýhoda Eulerovy kolébky – Omezení v reálném i reciprokém prostoru
Klasický čtyřkruhový goniometr s Eulerovou kolébkou
Goniostaty s kappa geometrií
Osy svírají stejný úhel, obvykle 50° = 0 - 100° = 0 - 360° Nezávislé motory Přesnost 0,001°