Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Tinh thể học tia X”

'''Tinh thể học tia X''' là ngành khoa học xác định sự sắp xếp của các [[nguyên tử]] bên trong một [[tinh thể]] dựa vào dữ liệu về sự phân tán của các [[tia X]] sau khi chiếu vào các [[electron]] của tinh thể. Sau khi xây dựng được hình ảnh 3 chiều của mật độ các electron bên trong tinh thể, vị trí của nguyên tử tính trung bình, các liên kết hóa học... có thể được thu thập.

 

==Lịch sử ==

===Sơ lược về tinh thể và tia X===

Các tinh thể từ lâu đã nổi tiếng về tính sắp xếp theo qui luật và đối xứng, nhưng chưa được nghiên cứu một cách khoa học mãi cho tới thế kỉ 17. [[Johannes Kepler]] đã đưa ra giả thuyết trong cuốn ''Strena seu de Nive Sexangula'' (1611) rằng tính đối xứng lục giác của tinh thể bông tuyết là do sự đóng gói theo qui luật của các phân tử nước hình cầu<ref>{{cite book | last = Kepler | first = J | authorlink = Johannes Kepler | year = 1611 | title = Strena seu de Nive Sexangula | publisher = G. Tampach | location = Frankfurt}}</ref>.

 

[[Nicolas Steno]] (1669) là người đầu tiên thử nghiệm tính đối xứng của tinh thể, ông đã cho thấy rằng các góc giữa 2 bề mặt tinh thể là luôn như nhau<ref>{{cite book | last = Steno | first = N | authorlink = Nicolas Steno | year = 1669 | title = De solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus | publisher = Florentiae}}</ref> và tiếp đến là [[René Just Haüy]] (1784), người đã khám phá ra rằng mỗi mặt của một tinh thể có thể được mô tả bởi 3 số nguyên nhỏ, gọi là [[chỉ số Miller]]. Điều này dẫn Haüy đến quan điểm đúng đắn là các tinh thể có cấu trúc mảng 3 chiều không thay đổi ([[lưới Bravais]]) các nguyên tử và phân tử; một phân tử [[tế bào đơn vị]] được lặp đi vô hạn định dọc theo 3 trục cơ bản đó (các trục này không nhất thiết là vuông góc nhau). Vào thế kỉ 19, tổng hợp mọi đối xứng có thể có của một tinh thể đã được đưa ra bởi [[Johann Hessel]]<ref>{{cite book | last = Hessel | first = JFC | year = 1831 | title = Kristallometrie oder Kristallonomie und Kristallographie | publisher = Leipzig}}</ref>, [[Auguste Bravais]]<ref>{{cite journal | last = Bravais | first = Auguste | authorlink = Auguste Bravais | year = 1850 | title = Mémoire sur les systèmes formés par des points distribués regulièrement sur un plan ou dans l'espace | journal = J. l'Ecole Polytech. | volume = 19 | pages 1&ndash;?}}</ref>, [[Yevgraf Fyodorov]]<ref>{{Cite journal|author=I. I. Shafranovskii and N. V. Belov|title=E. S. Fedorov|journal=50 Years of X-Ray Diffraction, ed. Paul Ewald (Springer)| |date=1962| id=ISBN 9027790299| url=http://www.iucr.org/iucr-top/publ/50YearsOfXrayDiffraction/fedorov.pdf | pages=pp 351-353 }}</ref>, [[Arthur Moritz Schönflies|Arthur Schönflies]]<ref>{{cite book | last = Schönflies | first = A | authorlink = Arthur Moritz Schönflies | year = 1891 | title = Kristallsysteme und Kristallstruktur | publisher = Leipzig}}</ref> và sau này là [[William Barlow]].

 

Tia X được khám phá ra bởi [[Wilhelm Conrad Röntgen]] năm 1895. Nó là sóng điện từ, hay một dạng khác của ánh sáng.

 

===Phân tích tia X của các tinh thể ===

Các tinh thể là các mảng cố định của các nguyên tử và tia X có thể được xem là các sóng điện từ. Các nguyên tử làm phân tán tia X, chủ yếu dựa vào các electron của nguyên tử; nó cũng giống như sóng biển đánh vào một ngọn hải đăng có các gờ đá bao quanh thì tạo ra một làn sóng nhỏ khác tỏa ra theo mọi hướng từ ngọn hải đăng đó, thì tia X đánh vào một electron bao quanh nguyên tử cũng tạo ra một sóng cầu tỏa ra từ electron đó. Hiện tượng này gọi là tán xạ (''scatterer''). Một mảng không thay đổi các tán xạ tạo ra một mảng cố định các sóng cầu. Mặc dù các sóng này triệt tiêu nhau theo hầu hết các hướng, chúng vẫn cộng lẫn nhau theo một vài hướng, tuân theo [[định luật Bragg]].

 

 

===Phát triển từ 1912 đến 1920===

Sau nghiên cứu tiên phong của von Laue, lĩnh vực này phát triển nhanh chóng, nổi tiếng nhất là hai nhà vật lý [[William Lawrence Bragg]] và cha của ông [[William Henry Bragg]]. Năm 1912-1913, Bragg trẻ đã phát triển ra [[định luật Bragg]], liên kết tán xạ quan sát được với sự phản xạ từ các mặt phẳng có khoảng cách đều nhau bên trong tinh thể<ref>{{cite journal | author = Bragg WL | authorlink = William Lawrence Bragg | date = 1912 | title = The Specular Reflexion of X-rays | journal = Nature | volume = 90 | pages = 410 | doi = 10.1038/090410b0 <!--Retrieved from CrossRef by DOI bot-->}}<br />{{cite journal | author = Bragg WL | authorlink = William Lawrence Bragg | date = 1913 | title = The Diffraction of Short Electromanetic Waves by a Crystal | journal = Proceedings of the Cambridge Philosophical Society | volume = 17 | pages = 43&ndash;57}}<br />{{cite journal | author = Bragg WL | authorlink = William Lawrence Bragg | date = 1914 | title = Die Reflexion der Röntgenstrahlen | journal = Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik | volume = 11 | pages = 350}}</ref>.

 

==Phương pháp==

===Tinh thể hóa===

{{further|[[Tinh thể hóa]]}}

 

===Thu thập dữ liệu===

====Treo tinh thể lên====

Vì cả tinh thể và chùm tia là rất nhỏ, nên tinh thể phải đặt ở giữa chùm tia với độ chính xác trong khoảng 25 microns, nhờ sự hỗ trợ của một camera được hội tụ ở tinh thể. Loại đo góc kế phổ dụng nhất là "kappa goniometer", loại thường có 3 góc xoay: góc ω , xoay quanh trục gần như vuông góc với chùm tia; góc κ , quay quanh trục vào khoảng 50° so với trục ω ; và góc φ quay quanh trục mao dẫn (''loop/capillary axis''). Khi góc κ là zero, thì các trục ω và φ trùng khớp.

 

Nguồn tia X sáng nhất và hữu ích nhất là [[Xincrotron]]; độ sáng cao cho phép tạo ra độ phân giải cao. Nó cũng dễ điều chỉnh bước sóng của tia xạ. Các máy Xincrotron là tài sản quốc gia, mỗi thiết bị tương ứng với một dòng tia nơi dữ liệu được thu thập liên tục.

 

Các nguồn tia X nhỏ hơn và yếu hơn thì thường được dùng trong các phòng TN để kiểm tra chát lượng tinh thể trước khi đem đến các máy Xinchrotron.

 

====Ghi lại các nhiễu xạ====

Khi một tinh thể được treo lên máy đo góc và được chiếu vào bằng chùm tia X cực mạnh ở phía trước, nó sẽ làm phát tán chùm tia X đó và tạo ra mẫu các điểm đen hay là nhiễu xạ mà có thể được quan sát thông qua màn hình nằm phía sau tinh thể. Cường độ mạnh yếu khác nhau của tia phản xạ có thể cho ta biết được sự sắp xếp của các phân tử bên trong tinh thể ở mức nguyên tử. Cường độ này được đo đạc dựa vào [[phim nhiếp ảnh]], một bộ nhận dạng diện tích (''area detector'') hay thiết bị cảm ứng hình cảnh '''charge-coupled device''' (CCD). Đỉnh có góc nhỏ sẽ tương ứng với dữ liệu có độ phân giải thấp, trong khi đỉnh (''peak'') có góc cao sẽ cho ra dữ liệu có độ phân giải cao.