На кафедре твердого тела научились рассчитывать дифракцию рентгеновских лучей в любых кристаллах
Сотрудники физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова рассчитали дифракцию рентгеновских лучей в кристаллах и разработали процедуру изучения эффектов преломления и поглощения рентгеновских лучей. Исследование было опубликовано в журнале Physical Revew B.
Определить кристаллическую структуру вещества может помочь его дифракционная картина – рентгенограмма, которую можно получить, направив пучок рентгеновских лучей на исследуемый объект. Так, расчет дифракционных максимумов различной интенсивности, позволяет получить сведения о расстояниях между атомами в кристалле.
«Мы разработали оригинальный метод расчета дифракции рентгеновских лучей в кристаллах произвольной формы и размеров, — сообщил один из авторов работы, профессор кафедры физики твердого тела физического факультета МГУ Владимир Бушуев. — Результаты данной работы можно использовать для интерпретации экспериментов по когерентному рассеянию (без изменения длины волны) рентгеновских лучей для восстановления трехмерной структуры как идеальных кристаллов, так и кристаллов с внутренними напряжениями и несовершенствами структуры».
Ширина дифракционной линии зависит также от величины кристаллов исследуемой пробы: если их размер колеблется от 1 до 4 микрометров (10-4 – 4*10-4см), то дифракционные линии на рентгенограмме выражены отчетливо. Если же величина кристаллов больше 8 микрометров, то вместо дифракционной линии на рентгенограмме появляются отдельные пятна, затрудняющие расчет. Если кристалл меньше 200 нанометров (2*10-5см), то дифракционная линия расширяется и иногда не различима на дифрактограмме.
Размер кристаллов, кристаллическую структуру которых возможно расшифровать, в свою очередь, ограничивается длиной экстинкции – ослаблением пучка света при его распространении в веществе. Это происходит из-за поглощения и рассеяния рентгеновских лучей.
В ходе работы ученые смоделировали ситуацию для двух кристаллов, размеры которых составляли 100 нанометров и 1 микрометр. Для обоих кристаллов было выполнено угловое сканирование, а также использовались теоретические методы, основанные на авторской модификации уравнений Такаги – Топена. Эти методы применяются к когерентному рассеянию с использованием синхротронного излучения (электромагнитного излучения, испускаемого заряженными частицами, движущимися по искривлённым магнитным полем траекториям) или импульсного излучения рентгеновских лазеров на свободных электронах.
«Старая задача о точности и корректности восстановления трехмерной структуры кристаллов с поправками на поглощение, преломление и, самое главное, на эффекты экстинкции наконец решена», — заключил Владимир Бушуев. По словам ученого, методика уже используется применительно к экспериментальным результатам части работы соавторов.