Kristallografi

Kristallografi är vetenskapen som studerar ordnade, periodiska strukturer i fasta ämnen och hur denna ordning avgör materialens egenskaper. I kristaller upprepas atomerna i tre dimensioner och bildar ett kristallgitter med enhetscell. Centrala begrepp är enhetscell, gitter och reciprokalt gitter samt de olika rumsliga grupperna som styr kristallernas symmetri.

Historik och principer: kristallografins rötter ligger långt tillbaka, men utvecklades särskilt under 1900-talet. Max von Laue visade 1912 att röntgenstrålar diffrageras av kristaller. År 1913 formulerade Bragg-bröderna Bragglagen, som kopplar diffraktionsmönster till kristallens struktur.

Metoder: den dominerande metoden är röntgendiffraktion av enstaka kristaller eller pulver, där diffraktionsintensiteter används för att rekonstruera elektronisk täthet genom Fourier-syntes. Fasproblemet är centralt och löses med direkta metoder, Patterson-metoder eller molekylär ersättning. Andra tekniker inkluderar neutronkristallografi och elektronkristallografi, som används när kristaller är små eller när man vill studera ljusär magnetiska ordningar. Data lagras i databaser som Protein Data Bank och andra kristallografiska databaser.

Tillämpningar: kristallografi är avgörande inom läkemedelsdesign, kemi och biologi för att bestämma exakt positionering av proteiner och läkemedelsmolekyler, samt inom materialvetenskap, mineralogi och katalys. Forskningen fortsätter att utvecklas med synkrotronljus, neutronkällor och elektronmikroskopi, vilket gör det möjligt att bestämma strukturer med allt högre upplösning.