行动

结构系数

摘自《晶体学在线词典》

结构设计师(法语).Strukturfacetor(Strukturbor)(Ge公司).斯特鲁图拉(Fattore di struttura)().構造因子(青年成就).结构因素(服务提供商).


定义

这个结构系数 [数学]\mathbf{F}(F)_{hkl}[/math]是描述从晶格平面衍射的波的振幅和相位的数学函数,其特征为米勒指数 [数学]h,k,l[/math].

结构系数可以表示为

[数学]\mathbf{F}(F)_{hkl}=F_{hkl}\exp(i\alpha_{hk l})=sum_j f_j\exp[2\pi i(hx_j+ky_j+lz_j)][/math]

[math]\qquad=\sum_j f_j\cos[2\pi(hx_j+ky_j+lz_j)]+i\sum{j}fj\sin[2\pi(hxj+kyj+lzj)][/math]

[math]\qquad=A_{hkl}+iB_{hckl}[/math]

其中总和超过了单元单元中的所有原子,[math]x_j,y_j,z_j[/math]是的位置坐标[math]j[/math]th原子,[math]f_j[/math]是的散射因子[math]j[/math]th原子,以及[math]\alpha_{hkl}[/math]是衍射光束的相位。

衍射光束的强度与结构因子的振幅直接相关,但相位通常必须通过间接方法推导。结构测定对散射原子的相位进行了估计,推导了散射原子位置和各向异性位移的初始描述。根据该初始模型,计算了结构因子,并与实验观测值进行了比较。迭代精炼程序试图将计算和实验之间的差异降至最低,直到获得满意的拟合。

衍生

图1

考虑图1,它说明了布拉格定律对于每个晶格点只有一个原子的原始晶格中的原子散射体阵列。波长的入射X射线波[math]\lambda[/math]通过一个角度强烈衍射[math]2\theta[/math]其中两个晶格平面之间的垂直距离[math]d{hkl}[/math]满足关系

[math]2d_{hkl}\sin\theta=n\lambda[/math].

可以看出,从所示两个平面衍射的波之间的路径差仅相差一个波周期。

图2

现在考虑图2,其中第二个原子(用红色绘制)被添加到单元单元中。现在,每个原始原子都伴随着一个新类型的伴生原子,由位移矢量偏移1入射X射线束也将从这些新散射体衍射(因为它们占据与最初绘制的平面平行的平面)。但现在有相位差[math]\phi_1[/math]在第一组原子和新原子散射的波之间。

图3

图3是一个矢量图,说明了从两组原子散射的合成波。波的振幅与原子散射因子成正比(f)0(f)1相位因角度而异[math]\phi_1[/math](见图2)。合成向量表示具有振幅的双原子结构因子[math]F_{hkl}[/math]注意,有一个净相位[math]\phi[/math]由于两组衍射原子之间的位置偏移而产生的相位差。


图4

图4概括了包含多个原子的单元胞的这一结果。与两个原子的情况一样,由每个不同原子散射的波矢量的线性叠加得到衍射波。

单位

结构系数振幅的单位取决于入射辐射。对于X射线晶体学,它们是单个电子散射单位的倍数([math]2.82\乘以10^{-15}[/math]m) ;原子核对中子散射的散射长度单位[math]10^{-14}[/math]m是常用的。

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