Techniklexikon

Mosaikstruktur

Festkörperphysik, Modellvorstellung zur Beschreibung von realen Einkristallen; wichtig bei der kristallographischen Strukturbestimmung durch Röntgen- und Neutronenbeugung. Ausgangspunkt ist die häufige Beobachtung vieler, meistens überlappender Bragg-Reflexe (Bragg-Reflexion), wenn ein Einkristall durch einen monochromatischen Strahl bei fester Detektorposition gedreht wird. Diese sog. angulare Reflexbreite variiert von Kristall zu Kristall (typischerweise im Bereich einiger Bogenminuten bis Grad) und übersteigt theoretische Werte für perfekte Kristalle erheblich. Dies liegt an der strukturellen Unordnung realer Kristalle, die verursacht wird vom Aufbau aus kleinen Kristalliten hoher Perfektion, welche nicht exakt einander angepasst sind. Ein idealer Mosaikkristall wird als ein Einkristall definiert, der aus vielen sehr kleinen Bereichen (Mosaikblöcken) zusammengesetzt ist, die jeweils ein Idealgitter (Idealkristall) besitzen, jedoch geringfügig gegeneinander verdreht bzw. verschoben sind. Jeder Mosaikblock verhält sich gemäss dem Braggschen Reflexionsgesetz; benachbarte Blöcke reflektieren jedoch unabhängig und ohne feste Phasenbeziehung. Die Grösse der Blöcke wird dabei als so klein angenommen, dass der Intensitätsverlust des einfallenden Strahles durch Erzeugung eines gebeugten Strahles innerhalb eines Blockes (primäre Extinktion) vernachlässigbar ist. Ideale Mosaikkristalle können theoretisch behandelt werden; die integrierte Intensität eines Reflexes (hkl) erweist sich als proportional zum Betragsquadrat  des Strukturfaktors. Da die integrierte Intensität bei einem perfekten Kristall nur proportional zu  ist, besitzen ideale Mosaikkristalle das grössere Reflexionsvermögen. Reale Kristalle zeigen ein Verhalten zwischen diesen beiden Grenzfällen. Die Mosaikblockgrösse ist stark von den Herstellungsbedingungen abhängig; Abmessungen im mm-Bereich kommen dem idealen Mosaikkristall nahe. Die Mosaikblockgrenzen können gedacht werden als Kleinwinkelkorngrenzen oder andere Versetzungsanordnungen. Trotz seiner Nützlichkeit stellt das Mosaikstruktur-Konzept nur eine erste Näherung bei der Beschreibung realer Kristalle dar, weil Kristalldefekte sich nicht notwendigerweise an speziellen Orten häufen müssen, so dass eine klare Aufteilung in Mosaikblöcke nicht immer möglich ist.