Diffraktioprosessit

Diffraktioprosessit ovat aaltojen taipuminen ja interferenssi, jotka syntyvät, kun aaltokuvio kohtaa esteen, reunan tai rakenteen, jonka mitat ovat saman suuruiset kuin aallonpituus. Tämä ilmiö esiintyy sekä valo- että muissa aallonmuodoissa sekä hiukkasilla, kuten elektroneilla ja neutroneilla, ja se on olennainen osa aalto-opillista kuvastoa.

Klassisessa diffraktiossa erotellaan Fresnelin diffraktio ja Fraunhoferin diffraktio. Fresnelin diffraktio tapahtuu siirron lähteen ja kohteen ollessa lähellä toisiaan tai esteen läheisyydessä, jolloin kuvio riippuu etäisyyksistä ja lähteestä. Fraunhoferin diffraktio puolestaan tapahtuu kauempana ja johtaa enimmäkseen vakiintuneisiin, kaukaa tarkasteltaviin kuvioihin, jotka voidaan esittää Fourier-analyysillä. Diffraktiota voidaan kuvata periaatteilla kuten Huygens-Fresnelin tai Kirchhoffin jurin diffraktioteorialla, jotka tarjoavat keinoja laskea tutkittavan aukon tai esteen muodostama kuvio.

Erityisesti kiteissä diffraktioa hallitsee Braggin laki: n lambda = 2 d sin theta, jossa d on kidepintojen välinen väli ja theta on diffraktiohyökkäyskulma. Tämä laki mahdollistaa kiteiden rakenteen ja elektronirakenteen selvittämisen röntgen-diffraktion avulla.

Diffraktiota havaitsemalla tutkitaan useilla hiukkasilla: valolla (röntgen- ja optinen diffraktio), elektronien ja neutronien diffraatio. Röntgendifraktio on keskeinen kristallografian menetelmä, elektronidiffraktio soveltuu pienempien rakenteiden tutkimiseen ja neutronidiffraktio tarjoaa tietoa atomien magneettisista ja ytisistä rakenteista.

Sovellukset kattavat kristallografia, materiaalitutkimus, optiikka ja kuvantaminen. Diffraktioprosessien ymmärrys on välttämätön sekä perusfyysissä että teknologisissa kehityksissä.