勞厄條件(Laue condition)
/ Laue -> LOW-uh /
馮·勞厄(Max von Laue)描述繞射時,完全沒提到反射晶面。他不用布拉格的鏡面峽谷,而是想像晶體中每一個原子都散射一個波,然後問:在哪些方向上,所有原子的波會同步抵達?勞厄的答案是一個在倒空間中陳述的俐落條件,與布拉格定律完全等價——同一套物理換上不同外衣,每當你用倒晶格思考時就更好用。
以下是精簡的現代敘述。用一個波向量 k 描述入射波(沿光束方向的箭頭,長度 1/lambda),用 k' 描述出射波。它們的差 k' - k 就是散射向量。勞厄條件說:當散射向量恰好等於某個倒晶格向量時,繞射光束才會出現:k' - k = g_hkl。換句話說,晶體只能把光束偏折成那些會落在倒晶格點上的量。等價地,馮·勞厄原本的三條方程式要求:相隔一個晶格向量的兩原子所散射之波,其程差同時沿三條晶胞邊各為整數個波長。
埃瓦爾德球(Ewald sphere)把這個條件視覺化:以 1/lambda 為半徑、通過倒晶格原點畫一個球,只有當某個倒晶格點恰好落在球面上時,反射才會閃現——這正是 k' - k = g 的幾何圖像。而它會直接塌回布拉格:因為 |g_hkl| = 1/d_hkl,且散射幾何給出 |k' - k| = 2 sin theta / lambda,令兩者相等便得到 2 d sin theta = lambda。兩種語言,同一條定律。
對一個 |g_hkl| = 0.5 埃^-1(即 d = 2 埃)的反射,用銅輻射(1/lambda = 0.649 埃^-1),散射向量必須達到 0.5 埃^-1。這發生在 2 sin theta / lambda = 0.5,即 sin theta = 0.5 x 1.54 / 2 = 0.385、theta = 22.6 度——與布拉格定律給出的角度完全相同。
勞厄(k' - k = g)與布拉格(2 d sin theta = lambda)永遠預測相同的角度;它們是兩種記法下的同一條定律。
勞厄與布拉格是等價的描述,而非對立的描述。勞厄的優點是它直接在倒晶格中運作,不需要「反射晶面」——這個虛構在面對複雜結構與電子繞射時會變得彆扭。