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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/55987
Type: | Tese |
Title: | Aplicação da teoria dinâmica na resolução de estruturas |
Authors: | Dias, Diego Felix |
Advisor: | Sasaki, José Marcos |
Co-advisor: | Soares, Márcio Medeiros Miranda, Marcus Aurelio Ribeiro |
Keywords: | Difração de raios X;Dinâmica;Cinemática |
Issue Date: | 2020 |
Citation: | Dias, D. F. Aplicação da teoria dinâmica na resolução de estruturas. 145 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020. |
Abstract in Brazilian Portuguese: | A difração de raios X é uma técnica poderosa, utilizada amplamente para para o estudo dos materiais. A teoria cinemática foi utilizada inicialmente para se explicar os resultados de difração, entretanto, alguns experimentos mostraram uma falha nessa teoria. A teoria dinâmica apareceu como uma teoria mais geral, tendo como base o eletromagnetismo e a interação entre as ondas no interior da matéria, os quais são desprezados pela teoria cinemática. Neste trabalho, em um primeiro momento foi feito uma análise criteriosa sobre as diferenças entre as duas teorias, para isso foi utilizada a metodologia de um cristal protótipo perfeito, desenvolvida por Miranda e Sasaki. Nessa metodologia parâmetros como fator de estrutura, volume da cela unitária, ângulo de Bragg, são variados para se obter o maior número de estruturas reais possíveis. Como resultado, temos uma expressão que determina o limite de aplicação da teoria cinemática, baseada no comprimento de extinção e na espessura do cristal. Uma vez encontrado um limite de aplicação para a teoria cinemática, foi modificada a metodologia convencional de resolução de estrutura, onde foi substituída a teoria cinemática pela teoria dinâmica da difração de raios X. A metodologia desenvolvida, foi comparada com as metodologias convencionais de resolução de estrutura (SHELX). Para esse estudo, foram utilizados dados obtidos na literatura, como os cristais de RbBrF4, dados simulados, como ZnFe2O4, KH2PO4 e o Bi2Fe4O9 e dados medidos no síncrotron, os cristais de SrTiO4 e Si. Os resultados mostram que as estruturas resolvidas por ambas as metodologias, são equivalentes para cristais pequenos, entretanto, quanto maior a espessura do cristal, faz-se necessário utilizar correções de natureza dinâmica (correções de extinção) na metodologia cinemática, para se resolver as estruturas. A utilização dessa correção falha, quando os cristais são espessos, sendo necessário a utilização da metodologia baseada puramente na teoria dinâmica. Um outro ponto que foi observado, analisado nesse trabalho, foi o fator de correção das reflexões assimétricas para a intensidade. Este parâmetro aparece naturalmente no desenvolvimento da teoria dinâmica, seu efeito torna-se bastante expressivo quanto maior for a espessura do cristal. O resultado mostrou que se a espessura do cristal for de algumas dezenas de micrômetros, a teoria cinemática é válida apenas se levarmos em consideração as correções de natureza dinâmica. Entretanto para cristais de centenas de micrômetros, a teoria cinemática perde completamente a sua validade, mesmo que utilize correções dinâmicas. Neste caso faz-se necessário a utilização de programas de refinamento de estrutura completamente dinâmicos. |
Abstract: | X-ray diffraction is a powerful technique, widely used for the study of materials. The kinematical theory was used initially to explain the diffraction results, however, some experiments have shown a flaw in this theory. The dynamical theory appeared as a more general theory, based on electromagnetism and the interaction between waves within matter, which are neglected by kinematical theory. In this work, at first, a careful analysis was made of the differences between the two theories, for this, the methodology of a perfect prototype crystal, developed by Miranda and Sasaki, was used. In this methodology, parameters such as structural factor, unit cell volume, Bragg angle, are varied to obtain the largest possible number of real structures. As a result, we arrive at an expression that determines the limit of application of the kinematical theory, based on the extinction length and the thickness of the crystal. Once an application limit has been found for the kinematical theory, we modify the conventional structure resolution methodology, where we replace the kinematical theory with the dynamical theory of X-ray diffraction. The developed methodology was compared with conventional structure resolution methodologies (SHELX). For this study, data obtained in the literature were used, such as the crystals of RbBrF4, simulated data, such as ZnFe2O4, KH2PO4 and Bi2Fe4O9 and data measured in the synchrotron, the crystals of SrTiO4 and Si. The results show that the structures solved by both methodologies are equivalent for small crystals, however, the greater the thickness of the crystal, it is necessary to use corrections of a dynamical nature (extinction corrections) in the kinematical methodology, to solve the structures. The use of this correction fails, when the crystals are thick, making it necessary to use the methodology based purely on dynamical theory. Another point that was observed, analyzed in this work, was the correction factor of the asymmetric reflections for the intensity. This parameter appears naturally in the development of dynamical theory, its effect becomes quite expressive the greater the thickness of the crystal. The result showed that if the crystal thickness is a few tens of micrometers, the kinematical theory is valid only if we take into account the corrections by dynamical theory. However for crystals of hundreds of micrometers, the kinematical theory completely loses its validity, even if it uses dynamical corrections. In this case, it is necessary to use completely dynamical structure refinement programs. |
URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/55987 |
Appears in Collections: | DFI - Teses defendidas na UFC |
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