晶体学与“四个现代化”

晶体学是一门边缘科学,它牵涉到物理学、化学、冶金学、矿物学、土壤学以至于近代的分子生物学．我们可以说,晶体学是研究晶体的结构和缺陷与物理性质之间的关系的一门科学,晶体学是研究晶体在成分、温度、压力或其它物理条件的变更下结构变化的一门科学,晶体学又是研究晶体的发生和发展的一门科学．在Ｘ射线衍射现象发现以前的晶体学叫做经典晶体学,而用Ｘ射线分析晶体的微观结构和织构的叫做Ｘ射线晶体学．自从劳厄（ｖ?...     

从劳厄发现晶体X射线衍射谈起

文章从劳厄发现晶体X射线衍射的前因后果谈起．劳厄的这个发现产生了两个新学科，即X射线谱学和X射线晶体学．文中还回顾了布拉格父子对这两个新学科所作的重大贡献，并阐述了X射线晶体学的深远影响．     

X射线衍射的发现

简单介绍了埃瓦尔德（Ewald P P）、劳厄（von Laue M）和布拉格父子（Bragg　W　H及Bragg　W　L）在1912年发现X射线衍射方面的贡献.1911年埃瓦尔德在索末菲的指导下在慕尼黑大学从事博士论文研究,劳厄在与他的讨论中了解到晶格的平移周期与X射线的波长属于同一量级,因此想到在二维光栅的两个衍射方程组中再加一个类似的方程,就可以描述X射线在三维晶体中的衍射.在此假设的指导下,Friedrich　W和Knipping P在1912年4月开始用CuSO4后来用闪锌矿（立方ZnS）进行实验,很快就得到X射线衍射的证据.这不但证明了X射线的波动性,还确定了晶体的三维周期性.老布拉格在1912年夏得知这个消息,与他儿子小布拉格一道尝试用X射线的粒子性解释它,并由小布拉格在剑桥大学重复这个实验.根据衍射斑点的椭圆形状和从Pope与Barlow那里学到的晶格理论（由此得知ZnS具有面心立方晶格）,小布拉格将X射线在晶体中的衍射看作是X射线从一些晶格平面的反射,从而推导出著名的布拉格方程.布拉格父子开拓了X射线晶体结构分析这门新兴学科,从简单的无机化合物和矿物,逐渐发展到有机化合物和生物大分子.劳厄和布拉格父子分别强调慕尼黑和剑桥的优良科学环境对发现X射线衍射的重要性.鉴于埃瓦尔德在发现X射线衍射的作用及他后来在倒易格子及动力学衍射理论方面的贡献,不少晶体学家认为他也应获得诺贝尔物理奖.     

X射线衍射的发现

简单介绍了埃瓦尔德(Ewald P P)、劳厄(von Laue M)和布拉格父子(Bragg W H及Bragg W L)在1912年发现X射线衍射方面的贡献．1911年埃瓦尔德在索末菲的指导下在慕尼黑大学从事博士论文研究，劳厄在与他的讨论中了解到晶格的平移周期与X射线的波长属于同一量级，因此想到在二维光栅的两个衍射方程组中再加一个类似的方程，就可以描述X射线在三维晶体中的衍射．在此假设的指导下，Friedrieh W和Knipping P在1912年4月开始用CuSO4后来用闪锌矿(立方ZnS)进行实验，很快就得到X射线衍射的证据．这不但证明了X射线的波动性，还确定了晶体的三维周期性．老布拉格在1912年夏得知这个消息，与他儿子小布拉格一道尝试用X射线的粒子性解释它，并由小布拉格在剑桥大学重复这个实验．根据衍射斑点的椭圆形状和从Pope与Below那里学到的晶格理论(由此得知ZnS具有面心立方晶格)，小布拉格将X射线在晶体中的衍射看作是X射线从一些晶格平面的反射，从而推导出著名的布拉格方程．布拉格父子开拓了X射线晶体结构分析这门新兴学科，从简单的无机化合物和矿物，逐渐发展到有机化合物和生物大分子．劳厄和布拉格父子分别强调慕尼黑和剑桥的优良科学环境对发现X射线衍射的重要性．鉴于埃瓦尔德在发现X射线衍射的作用及他后来在倒易格子及动力学衍射理论方面的贡献，不少晶体学家认为他也应获得诺贝尔物理奖．     

纪念劳厄发现晶体X射线衍射100周年

文章从劳厄发现晶体X射线衍射的前因后果谈起.劳厄的这个发现产生了两个新学科,即X射线晶体学和X射线光谱学.文章中还回顾了布拉格父子对开展这两个新学科研究所作出的卓越贡献,并略述了X射线晶体学所产生的深远影响.     

X 射线晶体学的百年辉煌

自1912 年劳厄发现X 射线晶体衍射现象,小布拉格开创X 射线晶体学以来,已经过去 了100 年。这一发现,对人类科学的发展,特别是微观科学的影响至为巨大,具有里程碑的意义。 在这100 年中,X 射线晶体学发展迅速,成果累累。本文按主要实验技术的发展将100 年大致分 为四个阶段,从单晶体衍射、多晶体衍射和X 射线光谱三个方面简述其主要进展和影响。并简单 概括了她对物理学、晶体学、化学和生物学等基础学科和材料、医药、环境等多个应用学科的重大 影响。最后,还预期了晶体学领域的一些可能发展,包括无比强大的光源–硬X射线自由电子激光、 多维晶体学、电子晶体学、数学晶体学、三维X 射线衍射显微学等领域。     

晶体X射线衍射的发现及其深远影响

1912年4月,弗里德里希、克里平和劳厄成功地观察到X射线透过硫酸铜晶体后的衍射斑点！随后劳厄推导出描述晶体衍射的著名劳厄方程.由于晶体X射线衍射的发现,劳厄于1914年荣获诺贝尔物理学奖.1912年10月, W.L.布拉格通过X射线透射ZnS晶体实验,推导出了著名的布拉格方程.1915年布拉格父子荣获诺贝尔物理学奖.晶体X射线衍射的发现对自然科学的影响是深远的.2012年是劳厄发现晶体X射线衍射100年,文章回忆了这段光辉的历史及其对科学技术所产生的深远影响,以怀念科学先驱们对科学技术的贡献,弘扬他们对科学研究的认真严谨的科学态度、勇于创新的科学精神和谦逊无私的品德.     

关于晶体衍射的劳厄方程和布拉格反射公式的关系──兼与张若森老师商榷

本文对大学普通物理课程中不介绍劳厄方程的情况下如何阐明布拉格反射所包含的晶体衍射图象作了讨论．强调所有原子都参与衍射过程，从而避免低年级学生中极易产生的将布拉格反射混同于入射束在晶体表面作几何光学式的反射的错觉．而在介绍戴维森－盖末电子衍射实验时，又应注意阐明低能电子衍射与Ｘ射线衍射的异同，以便对二维与三维衍射加以区别，而不致引起概念上的混乱．     

X射线多重衍射的进展

若晶体具有多个（≥３）原子平面同时满足Ｂｒａｇｇ定律,并同时衍射一单色入射Ｘ射线光束,这就是多重衍射现象。本文介绍Ｘ射线多重衍射的基本原理,获得多重衍射花样的实验方法、衍射理论和若干应用。     

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《…     

X射线衍射貌相术简介

一、引言Ｘ射线衍射貌相术（简称Ｘ射线貌相术）是利用Ｘ射线在晶体中衍射的动力学及运动学衍衬原理,根据晶体中完整及非完整部分衍射的衬度变化及消光规律,来检查晶体材料及器件表面和内部微观结构缺陷的一种方法．随着半导体、激光等科学技术的发展和近完整晶体材料的大量使用,自五十年代末期以来,Ｘ射线貌相术的实验和理论有了很大发展,逐渐形成为一种有效的检验手段和一门分支学科［１－３］．Ｘ射线貌相术具有下列一?...     

扩展X射线吸收精细结构及其应用

利用Ｘ射线吸收现象来进行化学分析,这是早就为人们所熟悉和使用的方法．近十余年来,由于理论上的突破和实验技术的改进,又已证明可以根据Ｘ射线在某种元素原子的吸收限附近吸收系数的精细变化情况,来进行凝聚态物质的结构分析,即分析凝聚态物质中原子的近程排列情况．这就是扩展Ｘ射线吸收精细结构（ＥＸＡＦＳ）．它与一般的Ｘ射线衍射结构分析不同,不是以Ｘ射线的衍射现象作为分析依据．这种方法不但可以分析晶体,也?...     

解释劳埃花样的一个新方法

本文提出一个新的解释劳埃花样的方法,与其他方法比较,它具有原理和作图简单,前后反射利用同一曲线图形等特点,可供有关晶体Ｘ射线工作者参考．一、作图原理标定劳埃平板相衍射斑点的指数。一般应先求出对应晶面法线的极射赤面投影．Ｘ射线衍射原理确定：入射Ｘ线、晶面法线和衍射Ｘ线在同一平面内．晶面法线极点的极射赤面投影,必然在底片上晶面衍射斑点与底片中心（入射Ｘ线与底片交点）的连线上．因而若已知晶面法线与?...     

X射线学的现状与展望

自１８９５年伦琴发现Ｘ射线以来,Ｘ射线物理学、Ｘ射线谱学以及Ｘ射线晶体学等分支学科的理论和应用都有很大的发展．目前Ｘ线射学已渗透到物理学、化学、地学、生物学、天文学、材料科学以及工程科学等许多学科中,并在很多方面得到广泛的应用．Ｘ射线学作为物理学的一个分支,在物理学的发展史上占有光荣的一页．自１９０１年（该年第一次授予诺贝尔奖金）到１９２７年,就有伦琴、劳厄、布喇格父子（Ｗ．Ｈ．Ｂｒ?...     

X射线双晶衍射技术

一、双晶衍射仪的原理当一束入射Ｘ射线射入第一晶体Ａ后,从Ａ晶体出来的衍射线,又作为第二晶体Ｂ的入射线,从Ｂ晶体出来的衍射线用计数管或底片接收进行分析．双晶衍射仪中两个晶体通常处于（ｎ,－ｎ）平行衍射位置．仪罩工作时,第二晶体的转角θ稍微转动,用来记录它的摆动曲线（积分曲线）,以测量试样表面层的微量应变或点阵常数的微小变化．二、仪器的理论精度分析了Ｗ．Ｌ．Ｂｏｎｄ［１］设计的多用途双晶Ｘ射线测?...     

利用光学倍频效应判定粉末样品的非中心对称性

一、引言关于晶体的对称性的研究,通常是使用Ｘ射线衍射技术．在确定晶体的结构时,判定其对称中心存在与否,是重要的问题之一．但是由于弗里德尔（Ｆｒｉｅｄｅｌ）定律的存在,使得通常的Ｘ射线衍射技术不可能判定反演中心是否存在．利用Ｘ射线反常散射强度统计试验法［１］或者使用帕特森（Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ）分析法［２］,能够消除由于弗里德尔定律所引起的空间群的不确定性．不过这些方法很烦琐,工作量又大,而且在?...     

双势垒超晶格结构的同步辐射及X射线双晶衍射研究

利用高精度的Ｘ射线双晶衍射和同步辐射散射对可用于半导体红外探测器的双势垒超晶格材料进行了研究，并运用Ｘ射线衍射动力学理论进行模拟计算，得到了与实验结果符合得很好的理论曲线．同时发现包络函数节点处的卫星峰对结构参数的变化极为灵敏．以此进行模拟计算，可准确地确定出样品的结构参数，厚度误差范围为±０.１ｎｍ．并利用Ｘ射线衍射运动学理论对实验中观测到的卫星峰调制现象给予了解释     

X射线荧光分析用全聚焦分光晶体的磨制

目前Ｘ射线光谱仪中常用的晶体有：平面反射晶体,柱面弯曲反射晶体,柱面弯曲透射晶体,边缘晶体和双曲晶体,其中以平面反射和柱面弯曲反射晶体的应用最为普遍．由于平面反射晶体分光计是非聚焦的,衍射的Ｘ射线不能为探测器全部接收,因此,Ｘ射线强度损失较大．柱面弯曲反射晶体,就其聚焦方式而言,有半聚焦和全聚焦之分．所谓半聚焦（Ｊｏｈａｎ式）即将平面晶体弯成半径为２Ｒ的往面（Ｒ为聚焦圆半径）,此时,晶体点阵?...     

X射线多重衍射的进展

若晶体具有多个原子平面同时满足Ｂｒａｇｇ定律,并同时衍射一单个入射Ｘ射线光束,这就是多重衍射现象。本文介绍Ｘ射线多重衍射的基本原理,获得多重衍射花样的实验方法,衍射理论和若干应用。     

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。