繞射原理

德拜-沃勒因子(Debye-Waller factor)

/ Debye -> duh-BY; Waller -> VAH-ler /

晶體中的原子從來不是真正靜止的。即使在室溫下,它們也帶著熱能在晶格位置周圍抖動;即使接近絕對零度,它們仍以殘餘的零點運動顫動。這種原子位置持續的模糊會削弱銳利的繞射光束,而德拜-沃勒因子就是量化這種削弱的數值。它更白話的名字叫溫度因子。

把它想成照片裡的動態模糊。一個振動的原子被抹散在一小團位置的雲上,而不是坐在一個點上,所以建構強反射的清晰干涉被稍微柔化了。這效應隨散射角增大:強度要乘以 exp(-2M),其中 M = B (sin theta / lambda)^2,而 B = 8 pi^2 乘以均方振幅。因為 M 隨 (sin theta / lambda)^2 增長,這種衰減在低角度輕微、在高角度嚴重——高角度反射最先褪去,而且晶體越熱褪得越快。

兩個誠實的重點。第一,德拜-沃勒因子削弱峰,但不會把峰變寬;峰的變寬來自微小的晶粒尺寸或應變,是完全不同的效應。從銳利峰失去的能量會以平滑的漫散背景(熱漫散射)重新出現,所以是被重新分配,而非被消滅。第二,這正是為什麼冷卻的晶體較容易收到高解析資料:把樣品冰起來會縮小振幅,恢復高角度反射,並讓你最後算出的電子密度圖更銳利。

在 B = 1 埃^2 的晶體中,一個位於 sin theta / lambda = 0.5 埃^-1 的反射,其強度被縮放 exp(-2 x 1 x 0.5^2) = exp(-0.5) = 0.61——損失 39 個百分點。把晶體加熱使 B 加倍到 2 埃^2,同一反射就掉到 exp(-1) = 0.37。

溫度因子以 exp(-2 B (sin theta/lambda)^2) 抑制強度;高角度與較高溫度受害最重。

德拜-沃勒因子降低峰高,並不使峰變寬——變寬來自有限的晶粒尺寸或應變。那些「失去」的強度並未消失;它散佈成一片漫散的熱背景。

又稱
temperature factorB-factorthermal factor溫度因子