物理化學的工具與方法
衍射(diffraction)
/ dif-RAK-shun /
夜裡透過薄窗簾的織紋去看一盞路燈,你會看到它暈開成一個十字或一組斑點,而不是一個單點。波並不是簡單地穿過小孔或繞過邊緣——它們會彎折、散開、再疊加。這種彎折,以及它所造成的有圖案的干涉,就是衍射。
更準確地說,衍射是波遇到與其波長尺度相當的障礙物或開口時所發生的散開與干涉。當波前繞過邊緣彎折再重新合併時,它們在某些方向上相互加強、在另一些方向上相互抵消,從而產生明暗相間的特徵圖案。它對光、聲音、水波,以及電子的波動行為都會發生。
為什麼重要:衍射是我們在原子尺度上探查結構的物理核心。由於這種圖案精確地取決於波所反射的那個東西的間距,測量它就能讓我們讀出小到根本看不見的間距。一個提醒:只有當波長與間距相當時,才會出現清晰、有用的衍射圖案——這正是為什麼用來觀察原子的是X射線和電子,而不是可見光。
讓雷射筆穿過一張細金屬網,牆上的光點便綻放成一格格的點陣。這些點的間距取決於網格的間距——把網織得更細,點就散得更開。同樣的物理,換成X射線和一顆晶體,就讓化學家測出一層層原子之間的間距。
衍射圖案的幾何形狀,編碼了散射這些波的那個東西的間距。
衍射也給普通顯微鏡劃下一道硬性的極限:你無法清晰地看清遠小於所用光波長的細節。這正是為什麼使用波長短得多的電子的電子顯微鏡,能分辨出光學顯微鏡永遠辦不到的細節。
又稱
另見