Diffraktionsmethoden

Diffraktionsmethoden umfassen experimentelle Techniken, die auf der Beugung von Wellen beruhen, um Strukturen und Eigenschaften von Materialien sowie Verhalten von Licht zu untersuchen. Sie nutzen verschiedene Wellenarten, darunter sichtbares Licht, Elektronen, Röntgen- und Neutronenstrahlung. Zentral ist die Tatsache, dass periodische Strukturen Beugungs- und Interferenzmuster erzeugen, aus denen Abstände, Orientierung oder Zusammensetzung ableitbar sind.

Bei optischen Diffraktionsmethoden wie Beugungsgittern, Einzel- und Mehrfachspalt, Fraunhofer- und Fresnel-Beugung werden Muster im Licht oder im Spektrum analysiert. Die Gittergleichung mλ = d sin θ verbindet Ordnung m, Wellenlänge λ, Gitterabstand d und Einfallswinkel θ. Diese Methoden dienen der Messung von Wellenparametern, Spektralanalyse und Messtechnik.

Für Materialstrukturen kommen Diffraktionsmethoden in der Kristallographie zum Einsatz. Röntgenbeugung (XRD) nutzt das Bragg-Gesetz zur Bestimmung von Gitterparametern, Phasenidentifikation und Strukturaufklärung; Powder- und Einzelkristallpraxis, Rietveld-Verfeinerung. Neutronen- und Elektronenbeugung ergänzen XRD: Neutronen sind empfindlich gegenüber Kernen und magnetischen Anordnungen; Elektronendiffraktion (SAED, EBSD) wird in der Transmissionselektronenmikroskopie sowie in der Oberflächen-/Texturanalyse verwendet.

Diffraktionsmuster liefern die Fourier-Transformierte der Elektronendichte im Kristall. Die Informationsmenge hängt von Wellenlänge, Probenqualität und Geometrie ab. Güte der Bestimmung erfordert geeignete Modelle, Fehlerabschätzung und oft Rietveld- bzw. Modellanpassung.

Diffraction methods sind grundlegend in der Materialforschung, Chemie, Physik und Biologie. Sie ermöglichen zerstörungsfreie Analysen, Strukturbestimmung, Phasenidentifikation, Textur-, Spannungs- und Mikrostrukturanalyse.