Editorial Feature

衍射 - 它是什么以及它的工作原理

图像积分:ivanagott / shutterstock.com

衍射是 “通过间隙的光的扩散和干扰或反弹物体阵列”,在间隔距离或尺寸上相当于光的波长。衍射是波浪的特征现象(与物质的颗粒性质相反)。它是物体边缘周围的光弯曲。弯曲量非常小,但这取决于相对于光波长的开口的尺寸。当与光的波长相比,开口大时,衍射量可以忽略不计。对于靠近光的波长的小开口,衍射量大。当衍射很大时,它可以用我们的眼睛很容易地看到。由衍射光引起的光学效应通常看起来像暗,光线或彩色带/区域。这些带是由在衍射期间相互作用的光波,建设性或破坏性地引起的。当两个波峰相遇或两个低谷相遇时,它们结合起来创造一个更大的嵴/槽。这些被称为建设性干扰。组合波峰和波浪槽意味着它们彼此抵消,并且在该点处没有垂直位移。这被称为破坏性干扰。通常,在发生建设性干扰的情况下,光被示出为亮带或斑点。如果发生破坏性干扰导致暗频段或斑点。

任何波都在弯曲周围衍射。科学的进步,以及发现其他波等X射线,伽玛–光线和电子束,衍射进展到对物体的研究相当于入射波的波长的尺寸。例如,使用X射线,‘atomic’从衍射图案揭示了材料的布置。因此,衍射已成为本世纪的工具,用于高级材料和原子工程。

光线的衍射首先是英国科学家托马斯年轻人在19世纪初。他在窗户快门中制作了一个针孔,观察了阳光的差异。

1912年至1913年,William Henry Bragg先生和他的儿子劳伦斯布拉格爵士在Lawrence Bragg,在基于X射线衍射的基础上产生X射线晶体学。他们被授予1917年诺贝尔物理学奖,为这个工具带来了研究晶体中分子形状和安排的革命。

…在1913年会议上“物质的结构”威廉讨论了他与阿尔伯特爱因斯坦和玛丽居里的工作,以及几个科学家,如莱昂布里努因和弗雷德里克林曼南,他继续为对衍射和晶体结构的理解做出重要贡献。

菲利普球,晶体学的诞生

Max Von Laue(来自德国)被授予1914年诺贝尔物理奖“通过晶体发现X射线的衍射衍射”。他表明X射线在自然界中是波浪状的。利用摄影膜上的特征衍射图案,他表明晶体具有晶格状结构。随后,第二年,1915年的另一个诺贝尔物理奖被授予William Henry Bragg和William Lawrence Bragg(父亲和儿子),用于建立晶体结构与X射线的波长和衍射之间的关系图案。这一关系具有巨大的实际意义。布拉格’基于原子的排列和来自晶体内的每个连续原子的每个连续平面的反射来预测数学上的数学上的衍射模式–它被称为布拉格’法律。 William Henry Bragg在设计X射线光谱仪上,从几种盐收集反射,并证明了X射线衍射图案之间的关系,以及制造图案的晶体中的原子布置。这导致了X射线晶体学的强大工具,庆祝了一个多世纪的科学突破,如涉及它的众多诺贝尔奖品所见证。

在20世纪20年代,科学家,克林顿达瓦森和莱斯特格格尔,来自贝尔实验室(新泽西州)观察到的衍射‘quantum particles’,通过在与波长的波长的距离处间隔开的常规物体上的热金属电极上射击电子的电子。电子波浪从元件阵列中弹出,彼此干扰以产生光和暗区域。这个Davisson-Germer实验是展示‘光粒子粒子二元性’.

1937年的诺贝尔物理奖与克林顿约瑟夫·达瓦森和乔治·佩吉斯汤姆森(J J Joshon末期的儿子发现了电子邮件),用于验证De Broglie的独立核实’对电子衍射的大胆论文,“通过它们通过晶体的实验发现电子的衍射”。 1924年,Louis de Broglie假设电子,颗粒的可能解释,颗粒也具有波动性质;这种波粒子二元性开辟了新的实验可能性。

衍射有助于原子工程,这使得能够理解许多先进材料的结构,可在纳米技术,电子和化学催化中找到应用的应用。 X射线衍射导致生物体中发现的脱氧核糖核酸(1953年)的结构测定:发现其双螺旋结构。生物分子的结构意味着其功能,扩大了对系统的理解,其生理学,并帮助设计了对治疗的可能药物。

研究陆地和陆地矿物质,无机晶体,生物纤维,病毒和哺乳动物蛋白质,已成为物理学和化学实验室的常规表征。

X射线衍射有助于检查在传感器和致动器中使用的压电陶瓷。

来源和进一步阅读

本文于11日更新TH. March, 2019.

 

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