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SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.1 2.Elastische Neutronen-Streuung und die Struktur der kondensierten Materie 2.1 Wiederholung.

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Präsentation zum Thema: "SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.1 2.Elastische Neutronen-Streuung und die Struktur der kondensierten Materie 2.1 Wiederholung."—  Präsentation transkript:

1 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg Elastische Neutronen-Streuung und die Struktur der kondensierten Materie 2.1 Wiederholung Kristallgitter 2.2 Wiederholung Strukturbestimmung 2.3 Grundlagen n-Streuung 2.4 n-Diffraktometer 2.5 Ausgewählte Ergebnisse 2.6 Zusammenfassung elastische n-Streuung

2 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg Einfache Kristallgitter hexagonal closed packed: hcp cubic closed packed: ccp = fcc Dichteste Kugelpackung

3 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.3 hexagonal closed packed: hcp

4 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.4 face-centered cubic: fcc

5 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.5 fcc = cubic closed packed

6 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.6 body-centered cubic: bcc

7 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.7 Kristallstrukturen im Periodensystem 80% der metallischen Elemente kristallisieren in einer der drei bereits genannten Strukturen. Das ist auch an der Verteilung der Gitterstrukturen im Periodensystem deutlich zu erkennen

8 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.8 Basis des Kristalls Anzahl Basis-Atome n: +

9 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.9 Perovskit = fcc + bcc: Bsp.: LiTaO 3 Ta Li O O O Ta O

10 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.10 CaF 2 -Gitter = cubic + fcc

11 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.11 Diamant-Gitter = fcc + fcc GaAs, InP etc.Diamant Ga As

12 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.12 Basis eines Protein-Kristalls

13 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.13 Reziprokes Gitter Gittervektoren a 1, a 2, a 3 k-Raum Vektoren k 1, k 2, k 3 bcc Wigner-Seitz cell fcc Wigner-Seitz cell fcc Brillouin-Zone bcc Brillouin-Zone = Menge aller Vektoren k mit e ik·r = 1: etc.k 1 = 2.2 Grundlagen der Strukturbestimmung

14 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.14 Miller Indices Die Indizes (h,k,l) sind die reziproken (und ganzzahlig gemachten) Schnittpunkte der betrachteten Ebenen mit den Koordinatenachsen.

15 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.15 Suche nach Bragg-Reflex monochromatisch, dh. festes λ

16 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.16 Braggs Gesetz: nλ = 2d sinθ λ max = 2d

17 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.17 Braggs Gesetz: Impulsübertrag Δk = reziproker Gittervektor G

18 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.18 Basis im Ortsraum Modulation des Laue-Diagr. im Ortsraum:im k-Raum:

19 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.19 Die Basis bestimmt den 'Struktur-Faktor'. Dieser kann einen Reflex ganz unterdrücken: h 2 + k 2 + l 2 = Powder patterns for different cubic crystals, illustrating characteristic reflections and absences for each type.

20 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.20 n-Streuung an punktförmigen Kernen Die Ausdehnung der Atome berücksichtigt der 'Formfaktor' = FT der Ladungsdichte Verteilung e Ladungsdichte aus Röntgen Streuung

21 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.21 grosser Streuwinkel θ dh. hoher Impulsübertrag Δk hohe Ortsauflösung (kleine Δx)

22 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.22 Das Phasenproblem Gemessen werden Intensitäten I = |Summe Amplituden| 2

23 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg Grundlagen n-Streuung n: von Element zu Element, von Isotop zu Isotop stark variierende Wirkungs-Querschnitte

24 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.24 n: hohe Eindringtiefen electrons

25 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.25 Streulängen b Wirkungsquerschnitt σ = 4π b 2

26 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.26 Streuung an gebundenen und ungebundenen Kernen

27 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg n-Diffraktometer a) Debye Scherrer Pulver-Diffraktometer monochrom. n-Strahl Pulver Probe Ringförmiger Detektor

28 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.28 ILL Pulver Diffraktometer D20

29 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg Dim ortsauflösender n-Detektor

30 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.30 Debye Scherrer Aufnahme

31 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.31 Pulverprobe im weissem n-Strahl

32 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.32 b) Laue Diffraktometer mit 'image plate' 1: Image plate on: 2: Drum 3: Sample holder 4: Single Crystal 5: Transmission belt 7: He-Ne laser 8: Mirrors for bringing the laser light to the reader head 9: Reader head with photomultiplier 10: Encoder for drum rotation 'weisser' n-Strahl

33 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.33 Laue Diffraktometer Vivaldi Kryostat Diffraktometer

34 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.34 Laue Diagramm

35 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.35 ToF-Diffraktometer an gepulster Spallationsquelle The General Materials Diffractometer GEM at the ISIS pulsed neutron source to study the structure of disordered materials and crystalline powders.

36 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.36 a) Suche nach neuen Kristall-Phasen Thermodiffractometry means the investigation of phase transitions by changing the sample temperature continuously during recording diagrams. An example for an irreversible phase transition is crystallisation of amorphous Y-Fe-alloys between room temperature and 600 C. 2.5 Messergebnisse Folie Y 7 Fe 3

37 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.37 b) Wasserstoff Batterien

38 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.38 c) Physisorption auf Kristall Oberflächen Thermodiffractometry of bulk heptane (<183 K) and solid monolayer ( K), 2.4 Å. The centred two-dimensional structure of the heptane monolayer could be solved.

39 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.39 d) Studium eines Perkolations- Phasenübergangs These perovskites, with 0

40 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.40 Results Diffraction pattern of the sample, recorded at 298K. The difference profile is shown underneath. The results obtained confirm the important role played by the number of vacant A-sites on the Li conductivity of these perovskites. Below the percolation threshold only local motions are possible Elementary unitcell of perovskites, indicating Li and Na locations.

41 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.41 e) Benzolringe in Zeolithen Folien

42 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg Zusammenfassung elastische n-Streuung a) lauter gleiche Streuer

43 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.43 b) kohärente und inkohärente n-Streuung

44 SS 2006Neutronen- und Synchrotron-Strahlen/2. elast. n-Strg.2.44 n-Streulängen und -Querschnitte Isotop%b-cohσ-cohσ-incσ-totσ-abs H H H H He (3) He i He Li Li i Li Be B i B i B C C C Isotop%b-cohσ-cohσ-incσ-totσ-abs N N N O O O O F Ne Ne Ne Ne Na Mg Mg Mg Mg Al Si


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