倒易空間與繞射
散射向量
/ SKAT-er-ing VEK-ter /
把一個球扔向牆壁,它彈回來時朝著另一個方向。它方向的改變——運動被重新導向了多少、又轉向了何處——正是這次反彈的核心。散射向量就是把這個想法用在波上:它是波在散射之前行進的方向,與散射之後行進的方向,二者之間的差。
確切地說,散射向量從入射波的方向指向出射波的方向,其長度隨散射角增大而增大——輕輕偏折時短,急劇折返時長。尤為關鍵的是,它住在倒易空間裡,單位是「長度的倒數」,這恰好就是倒易格子的語言。於是繞射的核心規則——勞厄條件——便可簡單地讀作:每當散射向量等於一個倒易格向量時,就出現一個亮點。
它之所以重要,是因為散射向量是把每一個繞射概念串在一起的那個量:埃瓦爾德球圍繞它而建,布拉格定律中的角度由它而定,結構因子與形狀因子都是它的函數。物理學家通常把它記作 Q。一個誠實的註腳:由於行進著的波攜帶著與其波長倒數成正比的動量,散射向量也正是波交給晶體的那份動量,這正是它常被稱作「動量轉移」的原因。
在散射實驗裡,研究者通常不去畫原始的角度;他們畫的是強度對散射向量長度 Q 的關係。如此一來,用不同波長的X射線、中子和電子所取得的資料,便能擺在同一根座標軸上直接比較——因為 Q 講的是倒易空間的通用語言。
以 Q 為橫軸作圖,讓不同探針、不同波長的資料對齊在同一根軸上。
散射向量越大,能探測的細節越精細。由於它的長度大致是所能分辨間距的倒數,要觸及細小的結構,就得讓波散射到大角度,或用更短的波長把 Q 推得更高。
又稱
另見