X射线晶体衍射实验

X射线及其通过晶体时衍射现象的发现是二十世纪物理学的伟大研究成果之一。作为近代物理实验的重要组成部分,X射线晶体衍射实验除了验证X射线和晶体的基本性质外,对于晶体(特别是固体)材料的研究、控制和改进生产工艺过程,具有非常重要的应用价值。自从X射线被发现,和X射线的一系列的实验出现以后,人类对物质结构的认识发生了质的飞跃,它不但推进了物理学的发展,而且也使化学、地质学、天文学、医学、工艺学等等许多科学领域得到新的重大的发展。近年来特别对生物化学的发展也起了重要的作用。作为这样一个重要的近代物理实验,了解它的发生、发展背景和它在现代科学发展过程中的作用。对于更好的学习和做好X射线晶体衍射实验,和进一步创造性工作是有意义的。     

五次对称与Ti-Ni-V合金中的准晶

一、准晶的发现及研究现状 近百年来,人们对凝聚态的深入研究表明,固态基本可分为晶态和非晶态两大类.当用一束X射线或电子束照射到固态上时,就会发现,只有晶体才会产生明锐的布喇格衍射,而非晶固体和液体只能产生很弥散的衍射.其原因就在于晶体中原子在三维空间中的排列具有平移周期性,从而保证了高度的相干性;而非晶固体和液体中原子排列则基本处于无序(或短程有序)状态,不具备这种空间相干性,从而只能得 到如我们在X射线或电子衍射实验中所常见到的那种弥散的衍射峰或环.-正是由于这种平移周期性的制约,使得五次旋转对称在晶体中成为不…     

蛋白质晶体的魅力——国际晶体学年漫谈结构(晶体)生物学

以应用物理学及数学对称性原理为基础,晶体学是一门典型的多学科综合交叉学科。2014年是德国物理学家劳厄(von Laue)因为首次进行X射线穿过矿物晶体得到衍射现象的实验从而荣获1914年诺贝尔物理学奖一百周年纪念,也是联合国教科文组织将2014年确定为"国际晶体学年"的一年。文章简要地回顾了X射线晶体学发展壮大的百年历史,重点展望了结构生物学中最为重要的分支——蛋白质晶体学的发展及前景。特别介绍了中国近年来蛋白质晶体学的快速发展及其在世界上的崛起。最后,以作者所在实验室的一个结构生物学研究课题——Caspase-6的结构与功能研究为例,较为详细地介绍和阐明了蛋白质晶体学在结构生物学研究中的一些实验细节、可能遇到的困难及研究思路,指出了物理学原理及原子水平的动力学性质在进一步阐明蛋白质结构与功能研究中的重要性。     

X射线晶体学的创立与发展

2014年,正值X射线晶体学诞生100周年,100年来,晶体对社会发展及人类生活起着重要的作用,它塑造了当今的世界,支撑着今天的科学。鉴于此,2012年7月举行的第66届联合国大会宣布,将2014年作为国际晶体学年(IYCr2014)。晶体X射线衍射的发现对自然科学的影响是深远的,它给人们提供了原子、分子在晶体中的微观排列图像;而X射线光谱学的发展,使人们认识原子结构的规律性,为原子结构理论提供了直接的实验佐证,也使辨别物质的元素成为可能,从而创立了X射线晶体学。X射线的应用,促进了X射线晶体学的发展,使物理学的研究从宏观进入微观,从经典过渡到现代,从而开拓了现代化学、现代生物学和医学的先河,使科学技术产生划时代的进展。文章回顾了X射线晶体学的创立与发展的历程,纵览了X射线晶体学重要的实验元素:光源、探测器、分析软件与晶体学数据库以及实验技术的发展,以怀念科学先驱们对科学技术的贡献。     

纪念劳厄发现X射线衍射90周年学术报告会简讯

20 0 2年是劳厄 (MaxVonLaue)发现晶体X射线衍射 90周年 .劳厄的这一发现是 2 0世纪物理学的一件意义深远的大事 ,使物理学中关于物质结构和研究领域从宏观进入微观 ,从经典过渡到现代 ,发生了质的飞跃 .同时 ,X射线衍射的发现和研究对生物、材料科学和化学的发展起到了巨大的推动作用 .中国物理学会和中国晶体学会为纪念劳厄发现X射线衍射 90周年 ,由中国科学院物理研究所于 2 0 0 2年 12月 10日召开了学术报告会 ,会议邀请了部分院士、专家和广大同行 ,就X射线衍射的发现、发展历程 ,最新进展和研究展望以及在相关领域的应用进行了广泛…     

一种变曲率面晶体X射线检测技术

在惯性约束聚变光谱诊断物理实验研究中,晶体衍射后X射线光谱信号较弱,需要高收光效率及宽频谱范围的光谱诊断仪器.在传统锥面弯曲晶体基础上提出变曲率弯晶多能点成像技术,该技术具有宽频谱范围、强聚焦能力、高光谱分辨的特点.在晶体衍射成像结构设计中,由于能够确保成像光线的旋转对称性,因此在原理上可消除传统弯晶X射线衍射成像像差.利用研制的变曲率面石英晶体对钛靶X射线源进行X射线聚焦检测,并与同种材料的平面晶体进行收光效率对比,实验结果表明该变曲率面石英晶体的收光效率可以达到平面石英晶体的100倍,检测X射线能量范围为4.51~5.14keV.该晶体谱仪结合X射线条纹相机能够检测宽频谱范围的微弱X射线信号,条纹相机探测面可与晶体检测光路方向垂直布局.     

X射线粉晶衍射在新功能材料探索中的一些应用

1912年发现的晶体X射线衍射现象标志着现代晶体学的诞生,对近代物理学乃至整个科学领域的发展都产生了极为深刻的影响。X射线粉晶衍射将结构分析拓展到多晶材料,成为物理学、化学和材料科学重要的研究手段。文章结合作者在硼酸盐及铁基超导体研究领域的典型工作,介绍了X射线粉晶衍射在新型功能材料探索中的一些应用。随着新方法和新技术的不断出现和完善,相信未来X射线粉晶衍射在新材料探索和其他应用领域将起到越来越重要的作用。     

评《科学家谈物理》丛书的两本新著:《晶态面面观》和《放眼晶态之外》

十分欣喜地读到了湖南教育出版社出版的冯端院土和冯步云的两本涉及凝聚态物理的高级科普新著──《晶态面面观》和《放眼晶态之外》．绝大多数固体是晶态物质，晶体学自然地成为凝聚态物理学的基础．由于天然矿物晶体的规则几何外形，很早以来就吸引了人们开始对晶体的科学研究．继而发现了晶体与其化学成分和分子结构有着密切的关系，于是引起人们研究晶体内部构造的兴趣．只有到了本世纪初，Ｘ射线衍射方法揭示了晶体内部的周期性以后，才将晶体学的研究深入到微观世界的层次，并将物理学推向晶体研究的前沿．《晶态面面观》（以下简称《…     

准晶体的摩擦特性

一些具有五度对称性与十度对称性的固体材料可以组成十二面体的晶粒．它们的摩擦特性似乎要比一般的晶体低．这个现象早在十年前就已观察到，但一直没有一个清楚的物理解释．对于这个问题存在着一些争论，有的人认为它来源于材料的硬度或表面的化学性质等宏观性质，有的人却认为这是来源于晶格结构本身的属性．     

物理学中的对称性

在自然世界中存在许多的对称现象,如房子的左右对称,正三角形在旋转120°时的对称等等。这些都属于空间对称。按对称的字义来讲,就是两个物体相对而又相称,或者说它们相仿、相等。这样把两个物体对换一下。好象没有变动过一样。在自然界中,无论是生物(动物和植物)或非生物(如晶体)都广泛存在着各种各样的对称性质。 除了空间对称性质外,自然界还存在着另外的对称性。例如白天和黑夜的变化,四季的交替以及其它周期变化。在这些周期变化中,不同周期中对应的时刻运动完全重复。这种情况体现另一种时间的对称性。 自然界中物质的属性、物理现象以及事物的发展变化过程常常包含有某些对称性质为其基本特征。对称性实质上是在某种变化下的不变性,即是说,通过某种变换不变,我们就说它具有某种对称性。对称性的研究在物理学中占十分重要的地位。并已成为认识物质形体构造及其相互作用规律的基础。例如,几何形体对称性的研究在晶体物理中得到重要应用。各向同性的固体导致它只存在两个弹性常数。运动规律在匀     

旋转对二维正方晶格介质柱内空结构光子晶体禁带的影响

采用平面波展开的方法计算了三种旋转操作下二维正方晶格各向异性材料(Te)介质柱内空结构光子晶体TE,TM模式能带.讨论了三种旋转操作对TE,TM模式带隙及完全光子禁带的影响.发现TM模式高频带隙与结构的旋转对称性有着密切的关系.而TE模式的带隙不仅受到晶体旋转对称性的影响同时也受到介质在x-y平面分布情况的影响. 关键词： 二维光子晶体 内空结构 旋转操作 光子带隙     

旋转对二维正方晶格介质柱内空结构光子晶体禁带的影响

采用平面波展开的方法计算了三种旋转操作下二维正方晶格各向异性材料(Te)介质柱内空结构光子晶体TE,TM模式能带.讨论了三种旋转操作对TE,TM模式带隙及完全光子禁带的影响.发现TM模式高频带隙与结构的旋转对称性有着密切的关系.而TE模式的带隙不仅受到晶体旋转对称性的影响同时也受到介质在x-y平面分布情况的影响.     

X射线的发现及其早期研究

<正>1895年X射线的发现标志着现代物理学的诞生,X射线发现后,包括伦琴在内的很多科学家都兴趣盎然地投身于X射线本质的研究。X射线的发现及其研究,为物理、化学、生物学、医学、天文学等学科的发展提供了革命性的手段和广阔的前景,也为相关学科造就了数十名诺贝尔奖获得者。尤其在物理学领域,物理学家们对于X射线的研究推动了物理学自身的发展。本文     

X射线干涉现象的发现

1914年诺贝尔物理学奖授予了麦克斯·冯·劳埃,以表彰他发现X射线在晶体中的衍射。这是从公布成果到获奖时间间隔最短的物理学发现之一。 自从X射线发现以来,为了弄清它的性质,物理学家曾做过大量的实验和多方面的研究。尤其努力寻找过干涉和衍射现象,以便确定它是波动现象还是某种微粒流。1912年前后的慕尼黑大学,拥有著名的理论物理学家索末菲,发现X射线的实验物理学家伦琴,以及以研究晶体分子结构而闻名的结晶学家格罗特教授。正是在他们的影响下,这里的物理学家们集中精力研究晶格点阵结构概念,研究X射线的波动性质。1909年,由于研究光在平面平行薄片上的干涉理论而获哲学博士学位的劳埃来到了这里,开始进行X射线性质的研究。 1912年9月的一个夜晚,索末菲的学生厄瓦尔德拜访了劳埃,向他请教自己在思考索末菲提出的“电磁波、可见光波受到晶体内规则排列原子的散射”的问题时碰到的困难。劳埃从事了多年的光学研究工作,被认为是深知这些问题的专家,在交谈过程中,劳埃突     

基于同步辐射的X射线成像技术在静高压研究中的应用

随着同步辐射技术的发展,稳定、高强度、能量可调、具有优良相干性的X射线源成为现实,使得X射线成像技术在诸多领域得到了广泛的应用。成像方法也从传统的简单投影成像,发展出相衬成像、显微成像、相干衍射成像等多种实验技术。X射线衍射技术用于测量具有长程周期性的材料在微观尺度的结构信息;与之相比,X射线成像技术的可视化强,测量直接,可实现各种材料(晶体、非晶体、液体等)从微观、介观到宏观尺度的测量。近年来,X射线成像技术在静高压领域中有了长足的发展,如非晶态材料的物态方程测量、高压加载下的声速测量、熔融铁在地幔岩石中的输运过程研究、晶体材料中的应变分布以及材料相变的演化过程研究等。本文较系统地总结了X射线成像技术在静高压研究领域的应用,以期对今后的研究有所帮助。     

从X射线的发现看科学研究的偶然性与必然性--纪念伦琴发现X射线110周年

物理学史上有许多重大的发现、发明创造是科学家们在“无意”中发现的，其中颇为著名的是德国物理学家伦琴于1895年11月8日在德国维尔茨堡大学实验室，研究阴极射线时意外地发现了一种新的射线——X射线。X射线的发现立刻引起了全世界科学界的关注和轰动，并掀起了一股X射线研究热潮，并促使了天然放射性现象与电子等一系列重大发现的接踵而来，从而揭开了人类研究微观世界的序幕。乃至人们把X射线的发现称之为第二次科学革命的号角，现代物理学革命和现代科学革命的起点．对于如此重大的科学发现，其背后隐藏着的偶然性与必然性，值得我们深思。     

X射线衍射进展简介

100年前,劳厄等证明X射线对硫酸铜晶体具有衍射能力,揭开了X射线衍射分析晶体结构的序幕.100年的发展,X射线衍射已经成为自然科学乃至医学、考古、历史学等众多学科发展的必备技术.文章介绍了X射线衍射现象的发现历史,X射线运动学和动力学理论的发展概况,并举例说明了X射线衍射在粉末多晶体、单晶体和人工功能晶体以及人工薄膜材料中的具体应用情况,最后简要展望了X射线衍射技术的发展前景.     

同步辐射X射线衍射技术

 X射线跟我们眼睛感觉到的可见光一样都是电磁波,但X射线的波长要小得多.我们常说的X射线的波长在0.1埃至10埃之间。而物质的原子或分子的空间排列也在这个尺度范围中.每个原子或分子是一个对波的散射体,根据波的衍射原理,如果物质的原子或分子的空间排列有一定的周期性,则X射线会在物质中产生衍射现象.如果我们收集衍射信号并加予分析,就可以揭示晶体内的原子和分子的空间排列状况.X射线衍射技术正是这样一门科学技术,它在物理学、材料科学、化学、生物学等众多的领域中有着广泛的应用.     

固体材料中的新成员——准晶体

 众所周知,晶体具有2、3、4、6这四种旋转对称性.可是1984年秋,美国国家标准局的道·谢克曼等人在用电子显微镜观察由特殊的急冷法制备的Al-Mn合金时,意外地观察到有五次对称性的清晰的电子衍射谱.由于这一发现“违背”了晶体学中最经典的基本定律,引起了许多晶体学家和凝聚态物理学家们的极大重视.各国科学家都争先用X射线衍射,中子衍射,电子衍射和高分辨电子显微镜等手段,对这种新材料进行了深入的研究,很快就弄清了它的结构特征.这些研究表明了它既不是晶体,也不完全是非晶体,而是一种介于晶体和非晶体之间的一种具有特殊排列方式的材料.并给它以“准晶体”这一新概念.     

宇称、时间反演及粒子-反粒子对称性的破坏及其意义

在物理学中对称性的研究是非常重要的。对称性的研究可追溯到远古的中华和希腊文化。物理世界中的对称性能使人们抓住事物的本质,使复杂的问题变为简单且能控制。现代科学对各种对称性有很好的定性和定量的描述,而且认识到对称性与守恒定律有着密切的联系。1918年Noether证明在古典力学中相对于每一种对称性存在着一守恒量。比如说,两个点粒子之间的引力作用具有连续的空间转动不变性,这一系统的总角动量是守恒的,也就是说空间旋转对称性对应着角动量守恒。