晶体学:衍射与取向
倒易空间:晶面法向、Ewald 球与 Fourier 视角
把实空间结构转换成可测的散射几何,并清楚区分两种 2π 约定。
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先记住这三点
- 倒易向量垂直于对应晶面
- 采用 a*·a=1 时 |g|=1/d
- 衍射条件同时涉及几何和散射振幅
如何构造倒易基
设 V=a·(b×c),则 a*=(b×c)/V,b*=(c×a)/V,c*=(a×b)/V。本文使用 a*·a=1 的约定;有些物理学文献在分子中加入 2π,那时向量模长和波矢也必须一致改变。
晶面 (hkl) 的倒易向量 g=h a*+k b*+l c*,法向沿 g,d=1/|g|。实空间晶向用 a、b、c,不能借用倒易基直接替代。
Ewald 球如何读
弹性散射满足 k_out−k_in=g,且入射与出射波矢模长相同。倒易点落在相应 Ewald 球上时满足几何条件;是否有可见强度仍取决于结构因子、仪器与散射过程。
波长越小,球半径越大。电子衍射中波长较短,多束激发和厚度效应更重要;薄样透射衍射与体样 EBSD 又有不同几何。
从周期到真实材料
有限晶体尺寸、应变梯度和缺陷会让理想倒易点展宽或产生漫散射。峰宽也受仪器函数影响,所以展宽不能直接命名为“位错增加”。
钛的 α/β 结构、晶格参数和取向共同决定可见衍射特征。相变研究可将 EBSD 的局部取向与 XRD 的统计结构证据结合。
来源与延伸阅读
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IUCr · Reciprocal lattice核对倒易基、晶面法向和面间距;本文用不含 2π 的倒易基,避免混用物理学约定。↗[C01] Structure of Materials (2012)建立点阵、对称性、倒易空间与结构衍射的统一语言。 第二版;用于系统学习与公式核对,结合 IUCr 术语及表格。↗[C16] Dynamical effects of anisotropic inelastic scattering in electron backscatter diffraction (2008)把非弹性散射各向异性与动力学衍射联系到菊池带强度。 用来理解为何不能仅靠运动学结构因子预测完整 EBSD 强度。↗