Techniklexikon

Röntgenstreuung

Festkörperphysik, Methode zur Kristallstrukturanalyse. Röntgenstreuung ist die Beugung von Röntgenstrahlung durch Materie, die richtungsabhängig die Intensität ändert. Sie stellt eine der wichtigsten physikalischen Messmethoden dar, die in vielen Arbeitsgebieten zur Bestimmung atomarer Anordnungen in Proben angewandt wird. Die Methode ist besonders gut zur Strukturuntersuchung geeignet, da die Wellenlänge der Röntgenstrahlen von der Grössenordnung 1 nm ist und damit in etwa den atomaren Abständen entspricht.

Wenn ein Röntgenstrahl auf Materie fällt, beugen alle Atome der Probe diesen Strahl, so dass Streuwellen sich sphärisch ausbreiten. Interferenzeffekte dieser gestreuten Strahlen erzeugen Maxima und Minima in den verschiedenen Richtungen. Die Anwendungen der Röntgenstreuung sind die Strukturbestimmung kristalliner Festkörper, insbesondere die Bestimmung der Lage der Kristallachsen, Grösse und Form der Elementarzelle, Ort der Atome in der Elementarzelle, Bestimmung der Elektronenverteilung in den Atomen und über die Elementarzelle, Bestimmung von Phasendiagrammen, Unterscheidung von kristallinem und amorphem Material, Bestimmung verschiedener Arten von Unordnung und Gitterfehlern im Kristall, Bestimmung der radialen Verteilungsfunktion für amorphe Festkörper und Flüssigkeiten u.v.m.

Bei der Untersuchung kristalliner Festkörper werden die Laue-Methode, die Drehkristallaufnahme und Pulvermethoden benutzt.

Auch nichtkristalline Materie wie Gläser oder Flüssigkeiten können mit Hilfe eines generalisierten Ausdrucks für die Beugungsintensitäten strukturell untersucht werden. Da es in diesen Materialien relativ gut definierte nächste- und übernächste Nachbardistanzen gibt, zeigen sich im Spektrum Peaks. Die Analyse läuft normalerweise über eine Fourier-Transformation der modifizierten Intensitätsgleichung. Das Ergebnis ist eine radiale Verteilungsfunktion, die die Wahrscheinlichkeit angibt, Nachbaratome in einem bestimmten Abstand des durchschnittlichen Atoms zu finden. Gase und Flüssigkeiten weisen in ihren Beugungsbildern einen oder mehrere Interferenzringe auf.

Röntgenstreuung: Beugung an Kristallen nach Laue (: Winkel des einfallenden Strahls zur Kristalloberfläche, l: Wellenlänge des Strahls).