Para honrar y promover la contribución de la cristalografía, la Federación Internacional de Cristalografía y la UNESCO acordaron elegir 2014 como el Año Internacional de Cristalografía. En esta ocasión, el autor envió a usted lee Spark artículo introductorio sobre la historia de la investigación y la cristalografía invenciones pueden.
Quien abrió el astrónomo alemán Johannes Kepler (1571 – 1630), que es muy famoso por 3 leyes de Kepler del movimiento de los planetas alrededor del sol) con suposiciones acerca de la forma de la flor de cristal nieve en el trabajo Strena Seu de nive sexangula (regalo de nieve hexagonal de Año Nuevo), publicado en 1611, que predijeron que las formas hexagonales es muy agradable del copo de nieve es debido a organizar el orden del agua en forma de partículas puente. Se tardó más de 50 años antes de que un trabajo posterior sobre el científico cristal de Nicolás Steno daneses e indicar el ángulo fijo de cristales en 1669. Y tiene más de 100 años más tarde (en 1784 ) están incluidos logros posteriores, el trabajo de la mineralogía francés, René simplemente mesa para Haüy indica que el cristal está formado por baldosas de las mismas formas y dimensiones. Luego, en 1839, el mineral ingleses William Hallowes Miller construyó la geometría del cristal y el uso de las coordenadas geométricas para describir la dirección de la superficie del cristal y las posiciones de coordenadas átomo de [1]. Esto puede ser considerado como uno de los estudios más detallados del cristal primeros y hoy todavía utilizan el término “índice de Miller” en los estudios de cristalografía de reconocer la importante contribución de Miller. Después de Miller, Auguste Bravais (físico francés) que continúan más han contribuido significativamente a clasificar y resumir todo tipo de formas de cristales con 7 grupos de estructura cristalina (cúbica, monoclınicos nuestra mente, ortorrómbico, hexagonal, triangular y cuadrangular) [2] y fue más tarde se refirió a la red como “redes de Bravais”. Hasta este período, sólo se describe la humanidad por completo.
Los avances con rayos X
Gran avance para la investigación sobre la cristalografía vino de un descubrimiento en 1895 por el físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen, cuando descubrió una radiación que lleva su nombre, los rayos Röntgen (rayos X), y Charles Glover estudia Barkla (British) y Arnold Sommerfeld (Alemania) con rayos X han confirmado este rayo es una radiación electromagnética con una longitud de onda de alrededor de 1 angstrom (0,1 nm es decir, o 1 en 10 millonésimas de un metro) [3]. En 1912 dos físico alemán Max von Laue (1879-1960) y Paul Peter Ewald (1888-1985) mientras se trabaja en Munich (Alemania) tuvo que ir al intercambio de ideas como el cristal una rejilla de difracción para realizar experimentos de difracción de rayos X en cristales. Ewald fue la primera propuesta de esta idea, pero decidió a la luz visible, y fracasó debido a la longitud de onda de la luz visible es demasiado grande en comparación con la red cristalina y el fenómeno de difracción no puede suceder. Von Laue se estimó en rayos X longitudes de onda tienen el mismo tamaño con el tamaño de la red cristalina y han comenzado la realización de experimentos. Se llevó a cabo experimentos con la ayuda de dos técnicos Walter Friedrich y Paul Knipping, utilizando un haz de rayos X que brilla a través del cristal de sulfato de cobre (CuSO4) y se observó en la placa detrás de la difracción dot acostado en los círculos concéntricos con un punto central de la luz [4]. Experimentos confirmaron mediante difracción de rayos X – una onda electromagnética en el cristal y dieron Premio Nobel Laue von Max en Física en 1914. Además de este estudio, Laue ha desarrollado un método analítico muy útil para la forma cristalina, conocida como técnica de difracción Laue utilizando haz de rayos X no es monocromática.
El fenómeno de la difracción de los rayos X en cristales ha atraído a los físicos, y dos posteriores tenido éxito en la difracción de rayos X en cristales leyes de construcción, que el padre y el hijo de William Henry Bragg (1862 – 1942) y William Lawrence Bragg (1890-1971), dos físicos del laboratorio (laboratorio) Cavendish, Universidad de Cambridge (Reino Unido). Padre e hijo fueron modelo de la construcción de 2 dimensiones fenómeno de difracción de rayos X en la superficie del cristal, y dijo que una ley extremadamente simple (que hoy conocemos como la “ley de Bragg”): nλ = 2dsinθ n es un número entero, a pocos pasos de difracción, d es la distancia entre la superficie del cristal, θ es el ángulo entre el haz de rayos X a la superficie del cristal.
Esta ley también se convirtió en una ley general para el fenómeno de la difracción en cristales de todos los tipos de radiación, incluyendo de electrones o neutrones se detecta más tarde. ley de su padre de Bragg les ha dado el Premio Nobel de Física en 1915, y también ayudar a los cristales a granel se calculan estructura exacta de difracción de rayos X permitió Más notablemente, Peter Debye ( 1884-1966), el holandés, junto con Paul Scherrer (1890 – 1969), los suizos han desarrollado los métodos analíticos basados en los patrones de difracción de rayos X para construir la estructura de cristal de grafito en 1917, ahora conocido como polvo de rayos X técnicas de difracción (polvo de difracción de rayos X) sobre la base de haz de rayos X monocromático. En el año de 1960, Hugo M. Rietveld (1932), una cristalografía holandés, ha desarrollado un método de cálculo de la estructura cristalina de la difracción analizador de espectro de rayos X de acuerdo con la difracción de polvo, llamado el método de Rietveld química sutil (Rietveld refinamiento) [5], puede ser considerado como uno los métodos de cálculo de la estructura más potentes hasta la fecha, se pueden aplicar a la otra de difracción, difracción de neutrones o como difracción de electrones. Este resultado dio Rietveld convertirse en uno de los más famosos cristalografía de finales del siglo 20.
Puede decir que el análisis de rayos X se ha convertido en una herramienta poderosa que permite la estructura exacta de cristal cálculo del material. Y desarrollado con el tiempo, se puede calcular la estructura electrónica, los enlaces químicos de difracción de rayos X permite de difracción de rayos X se utiliza comúnmente para el análisis de grandes volúmenes de muestra y en un ascensor de área amplia (de manera muy difícil de manipular los rayos X para elegir la ubicación exacta de la difracción). La principal difracción análisis de rayos X ha ayudado a los científicos a determinar la estructura de doble hélice del ADN, pero las principales contribuciones de tres científicos James Watson, Francis Crick (dos físicos trabajan en el laboratorio Cavendish ), y Maurice Wilkins HF (físico que trabaja en el Kings College, Londres) y registrados como el premio Nobel de Fisiología en 1962 para el estudio de ADN.
Además de difracción de rayos X, los científicos también utilizan ondas de electrones hacen herramienta de análisis estructural basado en el fenómeno de difracción. En 1926, George Paget Thomson (1892-1975), un científico británico que trabaja en la Universidad de Aberdeen (Escocia, Reino Unido) han descubierto la interferencia de las ondas de electrones a través de la película cuando la aguja tipo, y al mismo tiempo, otros dos científicos en los laboratorios Bell (EE.UU.) Clinton Davisson y Lester Halbert Germer Josseph también encontraron efectos similares cuando la difracción de electrones en cristales de Ni [6]. Este descubrimiento confirma la dualidad onda-partícula de los electrones, y también abre una posibilidad de utilizar herramientas electrónicas como el análisis estructural. Premio Nobel de Física 1937 fue otorgado a Davisson y Thomson para este descubrimiento (Curiosamente, el padre de GP
Después de Microscopía Electrónica de Transmisión (Microscopía Electrónica de Transmisión – TEM) fue inventado en 1931 por Ernst Ruska AF (1906-1988), un físico alemán que trabaja en la Universidad Técnica de Berlín, y es comercializado casi 10 años más tarde, los científicos se dieron cuenta rápidamente de que la capacidad de utilizar un haz de electrones en lugar de ondas de luz como fuente de radiación para crear un dispositivo de imágenes con un aumento muy grande y para el muy alta resolución, más allá del límite de difracción cuando se usa ondas de luz. difracción de electrones rápida combinado en TEM para calcular la estructura de muestras de materiales delgados junto con la fotografía. La fuerza de difracción de electrones en el TEM es que las personas pueden optar por ser exactamente los mismos materiales quieren registrar la difracción para calcular (este método se llama difracción elegir región – difracción de área seleccionada, SAD), o convergente del haz de electrones en el muy pequeño para llevar a cabo la difracción con precisión es muy alta en cada punto o el lugar deseado (este método se llama difracción por haz de convergencia – difracción de electrones haz convergente – CBED, o difracción nano – nanodiffraction). difracción de electrones en los dispositivos TEM hoy muy popular y es una herramienta para ser “popular” en el estudio de los nanomateriales, y puede ser implementada en cualquier dispositivo de TEM aún [7]. It dispositivos incluso adjuntos difracción de electrones directa en sistemas de deposición de película delgada difracción de electrones en los dispositivos TEM hoy muy popular y es una herramienta para ser “popular” en el estudio de los nanomateriales, y puede ser implementada en cualquier dispositivo de TEM aún [7]. It dispositivos incluso adjuntos difracción de electrones directa en sistemas de deposición de película delgada difracción de electrones en los dispositivos TEM hoy muy popular y es una herramienta para ser “popular” en el estudio de los nanomateriales, y puede ser implementada en cualquier dispositivo de TEM aún [7]. It dispositivos incluso adjuntos difracción de electrones directa en sistemas de deposición de película delgada.
1932, James Chadwick (1891-1974), un físico británico que trabaja en el Laboratorio Cavendish llevó a cabo una serie de experimentos para averiguar la partícula de neutrones, una partícula cargada en el núcleo atómico, y llevó a cabo varias experimentos describen la dispersión de neutrones. J. Chadwick fue galardonado con el Premio Nobel de Física 1935 por este descubrimiento, pero el fenómeno de la dispersión de neutrones desapercibido por ningún reactor. Tienen más de 10 años después, Ernest Wollan Omar (1902-1984), un físico estadounidense que trabaja grafito del reactor en Oak Ridge, junto con su socio es Clifford Shull (1915-2001) en el nuevo edificio la difracción de neutrones para estudiar la estructura de los materiales sólidos en 1945. Aunque esta técnica luego rápidamente puede aplicar, pero no fue hasta 1994, nuevos logros fueron honrados por premio Nobel de 1994, mientras EO Wollan murió, y C. Shull recibió el Premio Nobel de Física junto con Bertram Brockhouse (1918-2003), un físico canadiense, es también un estudio pionero de difracción de neutrones. Neutrón es una partícula es eléctricamente neutro y tienen mayor volumen de lote electrónico, tan diferente de los rayos X y ondas electrónicas neutrones interactúan principalmente con los núcleos atómicos, lo que además de información acerca de la estructura cristalina, difracción de neutrones puede ayudar a aprender acerca de las propiedades de los isótopos, el oscilador atómico. Además, aunque no cargada, pero el neutrón tiene momentos magnéticos, por lo que se dispersa en los momentos magnéticos de los átomos y difracción de neutrones también ayudan a aprender sobre la estructura del material (magnética) [ 8]. Decenas de difracción de neutrones limitados en comparación con difracción de electrones y de rayos X de difracción sólo se puede realizar en reactores o aceleradores con fuentes de neutrones,
concluir
Durante más de 400 años desde los primeros estudios de cristales, la humanidad ha tenido una comprensión muy clara de la estructura cristalina y ha desarrollado muchas herramientas analíticas para calcular con precisión la estructura cristalina de Materiales de gran escala a muy pequeña escala (nivel nanométrico). La comprensión de la estructura cristalina ayuda a los científicos (en las películas de ciencia de SolarMovies) a comprender los mecanismos que conforman las propiedades de los materiales de la relación estructural: las propiedades de los materiales, para que puedan crearse. Produce muchos materiales con tantas propiedades como desees. Esencialmente, los avances en investigación cristalográfica solo se produjeron en los últimos 175 años, con los modelos de geometría del espacio cristalino de Miller, las estadísticas de cristal de Bravais y los subgrupos. Especialmente en los 100 años transcurridos desde el comienzo del siglo XX, los análisis cristalográficos, típicamente estudios pioneros de Laue, Ewald, padre e hijo Bragg, … han hecho avances en la búsqueda de entienda la estructura cristalina, realice análisis de materiales precisos y particularmente útiles, y haya recibido al menos 7 Premios Nobel de Física, Química y Fisiología otorgados a investigadores relacionados con la maestría Análisis estructural del título. Esto demuestra cuán importante y atractivo es el estudio de la cristalografía, la estructura del material en la física, la química y los materiales.