Struktura látek, difrakce záření, difrakční metody

Úvod

Historie krystalografie a strukturní analýzy, Krystalické látky

Krystalografie

1. Rovinné a prostorové mříže, krystalové soustavy

• značení rovin a směrů, Millerovy indexy
• rovinné mříže
• operace symetrie (osy symetrie, inverzní osy symetrie, střed symetrie, symboly prvků symetrie)
• prostorové mříže, krystalové soustavy, Bravaisovy mříže
• stereografická projekce

2. Grupy a transformace
3. Bodové grupy a krystalové třídy

• bodové grupy
• bodové grupy v rovině
• rovinné grupy
• Schoenfliesova symbolika, Hermannovo-Mauguinovo značení
• tvar krystalů a určení krystalografické třídy
• symetrie molekul
• fyzikální krystalografie, anizotropie vlastností (kniha)

4. Prostorové grupy  (tutorial)

• prvky symetrie s translací
• skluzové roviny
• šroubové osy
• prostorové grupy, symboly prostorových grup
• ekvivalentní polohy, Wyckoffovy polohy
• Mezinárodní krystalografické tabulky, Bilbao Crystallographic Server, Symmetry and space group tutorial

5. Minimální energie, vazby
   
6. Základní typy krystalových struktur (prvky, slitiny), 
   základní typy struktur-galerie VRML
   strukturní typy, databáze strukturních typů, struktury krystalů (kniha)
7. Krystalografické databáze (mineralogické), materiálové databáze (Atom Work, NIMS), diagramy obecných poloh a prvků symetrie - bodové grupy, diagramy obecných poloh a prvků symetrie
   ICSD demo (instalace), Vesta (win-64, manual)
8. Podobnosti struktur (text), kniha, kniha2

 Krystalografické Java applety

Difrakce

1. Geometrické principy difrakce

• reciproká mříž
• Laueovy difrakční podmínky
• Ewaldova konstrukce (demonstrace)
• Braggův zákon (demonstrace)

      Rtg fyzika (kniha)

2. Kinematická teorie difrakce

• interakce rtg záření s hmotou (historie rtg difrakce, Thomsonův rozptyl na volných a vázaných elektronech, anomální absorpce) ppt
• rozptyl na atomu, atomový rozptylový faktor (ppt)
• rozptyl na náhodném souboru atomů, molekule, krystalu (strukturní faktor, fázový problém, interferenční funkce) (ppt)
• difraktovaná intenzita (malý a velký krystal) (ppt)
• statické a dynamické výchylky atomů (Debyeův-Wallerův faktor, Wilsonův graf) (ppt)
• difrakce a Fourierova transformace

3. Dynamická teorie difrakce (ppt)

   Vlnová rovnice pro periodické prostředí, 1-vlnná a dvouvlnná aproximace, některé experimentální efekty (Pendellösung, Borrmannuv jev), vlnová pole v difraktujícím krystalu 

4. Rozptyl rtg záření, elektronů a neutronů,
   Specifika difrakce neutronů (ppt)

Difrakční metody

1. Zdroje zareni (ppt, text)
   Klasicke zdroje, rotacni anody, synchrotronove zareni, zdroje neutronu
2. Monochromatizace (ppt, text)
   Filtry, typy monochromatoru
3. Detekce zareni (ppt)
   Filmy, bodove, linearni, plosne detektory
4. Monokrystalove metody (ppt, text)
   Filmove metody - Laue (orientace krystalu), Weissenberg, otaceny krystal, precese Difraktometry - Eulerova kolebka, kappa geometrie
5. Prášková difrakce (ppt)
   Filmove praskove metody, Debye-Scherrerova metoda, Guinier
   Informace obsazena v praskovem difraktogramu. Strucny prehled zakladnich metod praskove difrakce - upresnovani struktury z prasku, kvalitativni a kvantitativni fazova analyza, studium mrizovych parametru, teplotnich kmitu, velikosti castic, mikronapeti.
   Prehled zakladnich geometrii. Konvencni praskova metoda, goniometry psi, omega, Seemannuv- Bohlinuv goniometr, vliv instrumentalnich faktoru a absorpce. Hloubka pruniku rtg. zareni.  
6. Zpracovani praskoveho difraktogramu.  (ppt)
   Urceni parametru profilu difrakcnich linii primou metodou a pomoci aproximace analytickymi funkcemi. Rietveldova metoda zpresnovani struktur (ppt)
7. Kvalitativni a kvantitativni fazova analyza (ppt, text)
   Identifikace nezname faze, indexace praskoveho difraktogramu
8. Mereni zbytkovych napeti (ppt)
   Klasifikace napeti, popis napeti, metoda sin^2 psi, mereni dvojosych napeti filmovymi a difraktometrickymi metodami  (ppt)
9. Textury. (ppt)
   ODF, mereni textury na texturnim goniometru, vlaknite textury a jejich charakterizace pomoci konvencniho praskoveho difraktometru, jednoduche metody popisu textur (psi a omega skeny) (ppt)
10. Studium profilu difrakcnich linii.  
    Korekce na instrumentalni rozsireni, separace efektu mikronapeti a male velikosti castic aproximacnimi metodami.(ppt)
11. Studium velikosti, tvaru a rozdeleni velikosti krystalitu v oboru 5 nm - 100 mm. (ppt)
12. Speciální metody studia tenkých vrstev (ppt)
13. Studium struktury amorfnich materialu. (ppt)
14. Zakladni metody reseni krystalovych struktur (ppt)
    Studium magnetických struktur (text), studium modulovaných struktur
    

Experimentalni techniky v rentgenove a neutronove strukturni analyze. Krystalograficka spolecnost. Praha 1994. ed. R. Kuzel.

Difrakcia na polykrystalickych latkach.R & D. Print. Bratislava. 1994. red. L. Smrcok.

Krystalografie

Maureeen M. Julian: Foundations of Crystallography. CRC Press. Taylor & Francis Group. Second edition 2015

Boris K. Vainshtein: Modern crystallography. Vol. 1. Fundamentals of crystals. Symmetry, and methods of structural crystallography. (Second enlarged edition.) Berlin: Springer-Verlag, 1994

Další čtení:

Fyzikální krystalografie
Robert E. Newnham: Properties of Materials. Anisotropy. Symmetry. Structure. Oxford University Press. 2005

Chemická krystalografie, strukturní typy
Marc de Graaf and Michael McHenry: Structure of Materials. An Introduction to Crystallograhy, Diffraction and Symmetry. Cambridge University Press. 2007

Ulrich Müller: Symmetry Relationships between Crystal Structures. Application of Crystallographic Group Theory in Crystal Chemistry, IUCr. Oxford Science Publishers 2013.