本来是回答一个帖子的问题的,但是考虑到这也是一个看起来很基础,但是搞明白的却不是很多的问题,因此也在这边新开一帖,希望对广大朋友有所帮助。
反射(reflection)一词主要见于有关粉末衍射的教材或文献,单晶中也有,但是现在比较少了。这个术语一般是在介绍布拉格方程后引出的,有关该方程的示意图更是很容易让接触过初等物理的人联想到了“镜面反射”,而国内的教材或者老师的教学大多数过于简单化了,不少学生就有了这种观点,然后就因此有了许多困惑。
其实我们不妨反问一下自己,如果按照所谓反射的说法,那么透射型的
衍射仪就是假货了?
“反射”对应的是reflection,属于旧用法,之所以这样使用,一方面是因为当时对波粒二象性的理解仍处于萌芽阶段(有兴趣可以对比下布拉格方程提出的年代和波粒二象性确认的时间),另一方面是小布拉格那时是物理新丁,当时思考哪些位置能产生X光的重叠时,一方面考虑了干涉与波长的关系,另一方面则将原子层看作是一个个平行等距的镜面,因此就用了reflection这个词。一般原始论文的叙述都是比较粗糙的——就好比麦克斯韦方程,现在教科书上的形式和麦克斯韦一点关系都没有——那是后来的科学家不断修改完善的形式,不过思想是麦克斯韦的,原始形式也是麦克斯韦的,因此仍称为麦克斯韦方程,而不是xxx(该方程的提出者)方程;晶体学也是如此,由于布拉格方程的重要性和基础性,很多著作也就reflection和diffraction不分了,这就给初学者造成了困扰。
这种困惑在国外学生上也是发生的,因此教科书就专门做了说明,其中比较好的解释就是给出了布拉格方程的另一种推导,告诉学生说就算原子排列不一致,布拉格方程也会成立的(《粉末衍射理论与实践》,已经有了中译本https://www.amazon.cn/dp/B01LXOE ... E%E5%AE%9E%E8%B7%B5)。当然,这类教材的好是因为作者就是国际粉末衍射学会主席,合编的作者每个都是粉末衍射领域一个分支的祖师爷或大师兄,自己真正理解了就可以说得很清楚。不像国内的,抄来抄去,而且也不看看抄的对象是哪个,结果就是越学越歪。——当然,也有一两本对“反射”做了解释,不过他们主要是告诉读者,此反射(衍射)不是彼反射(镜面反射)而已,虽然如此,比起那些只会写一段布拉格方程的介绍已经是强多了。
真实的物理图像是X光落到某个原子上,以该原子为新的波源,四面八方都有出射光——假设你有个球形的探测器,那么就可以看到到处是斑点。常规的一维衍射仪仅是球上的一条弧线(严格说是弧带)的记录,而面探测则是一个截面斑点的记录(因此必须校正!!这就是各家公司面探性能差异的关键之处)
当然,在单晶领域,用劳厄方程的时候,讲述劳厄方程的推导就不会出现这种混乱了——它和布拉格方程等价
因此规范的方法还是用diffraction。