Классификация методов

Для определения атомной структуры твердых тел используют дифракционные методы. Классификация этих методов дается по виду используемого излучения. Различают методы рентгенографии, электронографии и нейтронографии. Все эти методы основаны на общих принципах дифракции волн или частиц при прохождении через кристаллическое вещество, являющееся для них своеобразной дифракционной решеткой, параметр которой равен по поряд­ку величины среднему межатомному расстоянию (~ 10 ^{-10 м).}

Дифракционную картину, получаемую при рассеянии излуче­ния от кристалла, в случае рентгенографии и электронографии фиксируют на фотопленке или фотопластинке, а в случае нейтро­нографии — счетчиком Гейгера.

По дифракционной картине сразу можно качественно судить о структурном состоянии твердого тела. Если дифракционная картина представляет собой набор точечных рефлексов, получающих­ся при рассеянии излучения от определенных систем кристалло­графических плоскостей {hkl}, то твердое тело находится в моно­кристаллическом состоянии (рисунок 1.11); если дифракционная картина представляет собой набор концентрических колец (при съеме на плоскую фотопластинку), то твердое тело находится в поликристаллическом состоянии (рисунок 1.12); наконец, если на дифракционной картине присутствует одно, максимум два диффуз­ных гало, то тело находится в аморфном состоянии (рисунок 1.13).

Дифракционные методы исследования структуры являются расчетными. В качестве основной информации для расчета структуры используют дифракционную картину, получаемую экспериментально от изучаемого объекта.

Различие трех указанных методов обусловлено различной силой взаимодействия указанных излучений с веществом.

Рентгеновское электромагнитное излучение при прохождении через кристалл взаимодействует с электронными оболочками атомов, и дифракционная картина связана с распределением электронной плотности, которую можно характеризовать некоторой функцией координат r (х, у, z).

В электронографии используют электроны таких энергий, что они взаимодействуют, главным образом, с электростатическими потенциальными полями, создаваемыми ядрами исследуемого вещества. Взаи­модействие между двумя заряженными частицами (электроном и ядром атома) значительно сильнее, чем между электромагнитным излучением и электронной оболочкой атома.

В случае нейтронного излучения нейтроны взаимодействуют с дельтообразным потенциалом ядерных сил δ (х, у, z). Существенная особенность метода нейтро­нографии связана с наличием у нейтрона собственного магнит­ного момента, что позволяет использовать этот метод для опре­деления «магнитной» структуры веществ, в состав которых вхо­дят атомы, обладающие постоянными магнитными моментами (например, атомы переходных элементов). Этим методом удается получать сведения об ориентации магнитных моментов атомов в элементарной ячейке.

Конечным результатом при определении атомной структуры каждым из трех методов является установление вида распределения либо функции r (х, у, z) в элементарной ячейке, либо δ (х, у, z). Максимумы указанных функций соответствуют центрам равновесия атомов исследуемого вещества.