by 5. Sóng biển và sóng động đất
Như sóng âm, sóng nước và sóng động đất là sóng cơ học. Đây là những loại sóng có sức tàn phá to lớn gây ra sự xói mòn và sạt lở. Một số nhóm nghiên cứu đã lập ra những mô hình toán tìm hiểu sự tác động của hai loại sóng này lên hệ thống tinh thể phonon cho việc ngăn chặn sóng biển và sóng động đất.Phương pháp truyền thống bảo vệ bờ biển là dùng tetrapod, những tảng bê tông bốn chân, đặt chồng lên nhau không trật tự dọc theo bờ làm giảm năng lượng xói mòn của sóng. Trong mô hình của tiến sĩ Hu và cộng sự, nhóm này tạo ra một loại ống có bốn khe hở dọc theo chiều dài ống (Hình 9). Những thay đổi trên bề mặt ống như đã đề cập đều biến ống thép "trơ trơ" như đá thành một vật biết hấp thụ năng lượng. Nhưng khác với loại ống dùng trong không khí chỉ có một khe hở dọc theo chiều dài hay những lỗ trống, sự hấp thụ sóng xảy ra nhờ bốn khe hở. Khi sóng đánh vào, nước biển ùa vào ống qua khe hở mặt trước, và nước được thải ra qua khe hở ở mặt sau. Như thế chiều cao sóng khi tác động qua ống bị suy sụp nhanh chóng. Năng lượng sóng bị hấp thụ. Kết quả tính toán của Hu và cộng sự cho thấy một hệ thống với 5 dãy ống với bốn khe hở (1) phản hồi và hấp thụ 90 % năng lượng sóng tới và (2) có thể ngăn chặn sóng có bước sóng dài (tần số thấp). Sóng có bước sóng dài là sóng thần. Như vậy, suy diễn từ kết quả tính toán thì hệ thống ống của Hu và cộng sự có tiềm năng ngăn chặn sóng thần. Lý thuyết đưa ra những kết quả lý tưởng cho những trường hợp đơn giản nhưng thực tế thì không hề đơn giản. Sóng biển không chỉ đơn thuần là loại sóng bề mặt hiền lành chỉ biết đưa đẩy ra vào mà còn có những luồng sóng ngầm hay vòng xoáy. Những yếu tố này không được bao gồm trong mô hình của Hu và cộng sự. Ngoài ra, thiết lập một hệ thống các dãy ống rắn chắn dọc theo bờ có thể rất tốn kém. Tạm thời, người ta hài lòng với các tảng tetrapod đặt lổng chổng dù không thẩm mỹ nhưng tiết kiệm được nhiều kinh phí.
Hình 9: Mô hình tinh thể phonon với ống hình trụ có bốn khe hở cho việc hấp thụ năng lượng sóng biển.
Trong khi việc ngăn chặn sóng biển chỉ dừng ở mô hình toán thì những nghiên cứu về sóng động đất đã được thực nghiệm ở hiện trường. Trong tất cả những loại thiên tai, có lẽ động đất gây nhiều tổn thất lớn về sinh mạng cũng như tài sản. Hiện nay, tại các quốc gia phải hứng chịu nhiều thảm họa động đất như Nhật Bản người ta thiết kế nhà cao tầng và cấu trúc hạ tầng có khả năng làm giảm sự rung chuyển gây bởi động đất. Nhưng biện pháp này vô hiệu đối với những trận động đất lớn. Một phương sách khác là làm giảm cường độ sóng trước khi nó chạm đến các tòa nhà và nơi công cộng. Động đất gây ra bởi sự va chạm giữa hai thềm lục địa, năng lượng va chạm được truyền đi dưới dạng sóng. Những luồng sóng này khi chạm mặt đất sẽ trở thành sóng bề mặt dao động qua lại hay lên xuống với tốc độ di chuyển vài km trong một giây. Liệu những luồng sóng này có giống như sóng âm di chuyển trong không khí hay trong nước, có thể bị bẻ ngoặt theo một hướng khác hoặc bị chặn nơi chúng ta muốn bảo vệ?
Tiến sĩ Sebastien Guenneau và cộng sự của đại học Aix-Marseille (Pháp) và Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia (CNRS, Pháp) cùng với các kỹ sư xây dựng của công ty Ménard đã thực hiện một thí nghiệm hiện trường hoành tráng để trả lời câu hỏi trên và tìm hiểu hiệu năng chống động đất của hệ thống tinh thể phonon. Nhóm này khoan 3 x 10 lỗ trống hình trụ, mỗi lỗ có đường kính 32 cm và chiều sâu 5 m, khoảng cách giữa hai lỗ trống là 1,73 m. Nguồn chấn động được treo từ một cần cẩu (Hình 10). Các bộ cảm chấn được đạt xen kẽ trong và ngoài hệ thống lỗ trống. Kết quả thí nghiệm cho thấy sóng chấn động phản hồi trở lại về phía nguồn phát chấn. Như vậy, nếu ta xây một vành đai các lỗ trống hình trụ (Hình 11) quanh một tòa nhà hay khu vực thì chúng sẽ được bảo vệ từ mọi phía.
(a) (b)
Hình 10: Cuộc thí nghiệm thực địa của nhóm Guenneau: (a) chi tiết thí nghiệm và (b) hiện trường.
Thí nghiệm nhóm Genneau xác nhận hệ thống tinh thể phonon cũng có tác dụng làm phản hồi sóng trong lòng đất. Các lỗ trống không khí làm phản hồi sóng ở tần số 50 Hz nhưng sóng động đất có nhiều tần số đặc trưng khác nhau. Các nhà khoa học và kỹ sư địa chất cần phải có đề án thiết kế để bao phủ mọi tần số như Kushwaha đã thực hiện cho sóng âm trong không khí. Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy cấu trúc các lỗ trống làm phản hồi sóng có phần hơi "ích kỷ" vì sóng phản hồi sẽ gây thêm tác hại cho khu vực xung quanh của vùng được bảo vệ. Để tránh trường hợp này các lỗ trống đơn giản của nhóm Genneau được thay thế bằng ống thép hay bê tông và tiết diện của ống có thể là hình tròn hay chữ thập tùy theo loại đất đá. Các loại ống cần phải được cải tiến để có khả năng hấp thụ năng lượng sóng như các ống kim loại được gia công đã đề cập ở phần trên. Chẳng hạn, cao su được bao quanh ống nhằm gia tăng sự hấp thụ.
Dữ liệu thực nghiệm và những dự đoán từ mô hình toán đã nâng sự hiểu biết về công nghệ chống động đất lên một tầm cao. Việc thực hiện một vành đai bảo vệ quả thật tốn kém nhưng so với tổn thất to lớn mà động đất gây ra thì kinh phí xây dựng chỉ là một phần nhỏ. Vấn đề là chúng ta vẫn chưa hiểu hết về hiện tượng địa chấn vì sóng động đất vốn phức tạp. Dữ liệu của nhóm Gennneau chỉ là kết quả của sóng bề mặt trong khi việc truyền tải của sóng khối (bulk wave) trong lòng đất vẫn chưa được hiểu cặn kẽ. Ngoài ra, sóng di động trên những băng tần khác nhau và tùy thuộc vào đặc tính của môi trường truyền tải, đó là những tầng đất đá của vỏ địa cầu. Cho nên không có một thiết kế chung cho tất cả mọi tình huống địa lý.
Sự xói mòn bởi sóng biển là kết quả của quá trình dao động miệt mài gây bởi năng lượng sóng trong một thời gian dài. Ngược lại, năng lượng va chạm giữa hai thềm lục địa gây ra động đất có con số khổng lồ được thiên nhiên phóng thích trong một thời gian rất ngắn. Một trận động đất có độ Richter 6 thả ra năng lượng tương đương với một quả bom hạch nhân Hiroshima có sức tàn phá của 15.000 tấn thuốc nổ TNT. Ở độ Richter 7 sức tàn phá bằng 30 quả bom Hiroshima. Thảm họa sóng thần năm 2011 tại vùng Đông Bắc Nhật Bản gây ra bởi một trận động đất ở độ Richter 9 có sức tàn phá hơn 30.000 quả bom Hiroshima. Một sức mạnh khủng khiếp vượt qua mọi sự tưởng tượng, nhưng con số phản ánh địa chấn có mật độ năng lượng rất cao. Trong thời đại của năng lượng tái tạo mà tiêu biểu là năng lượng mặt trời, năng lượng gió, đang phổ biến rộng khắp, cái nhẹ nhàng của sóng biển và cái mãnh liệt của sóng động đất đều nằm trong tầm ngắm của các nhà khoa học. Hiện nay, đã có những thiết bị tích điện cho năng lượng mặt trời để chứa điện dùng từ từ trong một thời gian dài. Người ta cũng chế tạo được thiết bị và vật liệu chuyển hoán cơ năng (sóng biển, sóng động đất) thành điện năng. Những thiết bị này có thể gắn vào hệ thống tinh thể phonon vừa ngăn chặn sóng vừa hấp thụ sóng để biến thành điện. Nhật Bản thường xuyên có những trận rung chuyển nhỏ dưới Richter 5 không đủ sức mạnh tàn phá nhưng phóng thích ra nhiều năng lượng mà hệ thống tinh thể phonon có thể khai thác và tích trữ.
6. Siêu âm, siêu vượt âm và nhiệt
Nền công nghiệp điện tử với hạt electron khởi đầu hơn 50 năm trước đã tạo ra một cuộc cách mạng công nghiệp của thế kỷ 20 với những sản phẩm như máy tính và điện thoại thông minh. Cuộc cách mạng vô tiền khoáng hậu này đã làm thay đổi cách sống và bộ mặt của cuộc sống loài người. Đứng sau cuộc cách mạng điện tử là con chip chứa hàng tỷ transistor và công cụ cực nhỏ này được vận hành bởi vùng cấm electron của vật liệu bán dẫn silicon. Ngoài ra, cáp quang truyền thông, những đĩa CD, DVD, máy in laser thông dụng, thiết bị in laser tạo vật kim loại 3 chiều là thành quả của các nghiên cứu quang tử học (photonics) từ 20 năm qua. Âm tử học (phononics) là người em sanh sau đẻ muộn nhưng sự kết hợp của electron, photon và phonon với vùng cấm đặc trưng của từng thể loại sẽ dự kiến được áp dụng trong các thiết bị tương lai. Khi đó internet sẽ nhanh hơn, máy tính và điện thoại di động sẽ đa dạng và đa năng hơn, và vô số tiềm năng khác. Nhưng để đạt tới những tiềm năng này chúng ta còn một quãng đường dài nghiên cứu trước mắt, cần thêm ít nhất 10 năm.Siêu âm là sóng âm có tần số trong vùng megahertz (MHz, 1 MHz = 1.000.000 Hz) có bước sóng trong vùng micromét (μm) nằm ngoài vùng khả thính của con người. Hình 12a cho thấy hệ thống tinh thể phonon làm bằng miếng (wafer) silicon với những ống không khí có đơn vị μm. Hệ thống này cho thấy một vùng cấm siêu âm khoảng 500 MHz nơi có sự phản hồi sóng xảy ra theo định luật Bragg (Phụ lục d). Một trong những thiết bị quan trọng dùng trong y học là máy ảnh siêu âm chụp nội tạng hay thai nhi. Theo dòng thời gian, độ phân giải của máy càng lúc càng được cải thiện để có thể quan sát những chi tiết nhỏ hơn. Tuy nhiên, giống như kính hiển vi quang học, máy tạo hình siêu âm bất lực trước chi tiết nhỏ hơn 1/2 bước sóng. Cũng như siêu thấu kính quang học của nhóm Pendry, siêu thấu kính âm học dựa trên tinh thể phonon đã được chế tạo và khảo sát nhằm chinh phục được sự nhiễu xạ nhỏ hơn 1/2 bước sóng. Những hoạt động nghiên cứu của tinh thể phonon siêu âm bắt đầu vào những năm đầu tiên của thế kỷ 21. Hơn 15 năm trôi qua, đã có nhiều đề nghị ứng dụng chế tạo bộ cảm ứng siêu âm và các ứng dụng y học khác. Tuy nhiên, những dữ liệu thực nghiệm cho đến nay chỉ dừng ở mức hàn lâm và chưa được biến thành thương phẩm.
Hình 12: Hệ thống tinh thể phonon cho (a) siêu âm làm từ miếng silicon với những ống không khí có đường kính 6 μm và chiều cao 100 μm; (b) siêu vượt âm có kích cỡ nhỏ hơn 1 μm và (3) nhiệt có kích cỡ nanomét.
Khi khoảng cách giữa hai ống tiến đến mức vài micromét thì vùng cấm của tinh thể phonon sẽ lọt vào vào tần số của vùng siêu vượt âm ở đơn vị gigahertz (GHz, 1 GHz = 1 tỷ Hz). Micromét cũng là đơn vị của bước sóng ánh sáng. Như vậy, những tinh thể phonon này có thể vừa có vùng cấm cho sóng siêu vượt âm lẫn ánh sáng. Sự "đồng hành" và tương tác giữa phonon và photon ánh sáng trên cùng một địa bàn mở ra một bước ngoặc mới cho việc chế tạo các linh kiện vô tuyến, vi tính và viễn thông.
Sự truyền tải nhiệt xảy ra ở tần số tetrahertz (THz, 1 THz = 1 ngàn tỷ Hz). Giống như âm thanh, nhiệt và nguyên tử của môi trường tương tác với nhau. Nhiệt làm cho nguyên tử dao động và sự dao động khiến nhiệt lan tỏa đi khắp mọi phía. Sự truyền nhiệt xảy ra. Thời gian dao động qua lại một vòng của nguyên tử bởi nhiệt, vào khoảng 10-13 giây. Nghĩa là, trong 1 giây nguyên tử dao động khoảng 1013 lần (10.000 tỷ lần), nói theo thuật ngữ khoa học thì tần số dao động là 1013 Hz hay là 10 THz. Bước sóng của phonon ở vùng THz nằm trong phạm vi nanomét.
Trong một môi trường vĩ mô như môi trường chúng ta đang sống thì sự truyền nhiệt xảy ra do sự khuyếch tán nhiệt trong không khí, chất lỏng hay chất rắn. Đó là những thể nghiệm hằng ngày. Nhưng trong môi trường vi mô nanomét như trong con chip của máy tính chứa vài tỷ silicon transistor thì sự truyền nhiệt không xảy ra bởi cơ chế khuếch tán mà do sự dao động của mạng lưới nguyên tử silicon. Đối với các chuyên gia điện tử thiết kế máy tính, điện thoại di động hay pa-nô năng lượng mặt trời, điều quan trọng bậc nhất là tìm kiếm một phương pháp chế ngự đường đi của nhiệt trong mạng lưới silicon. Sự phát tán nhiệt từ con chip trong máy tính hay trong chiếc điện thoại di động là một trong những vấn đề nổi cộm trong công nghiệp điện tử và vi tính. Sự phát nhiệt làm giảm tính năng của vận tốc xử lý và sức chứa của bộ nhớ. Công ty chế tạo máy tính thường để chiếc quạt nhỏ trước con chip để làm mát những linh kiện này, nhưng đây chỉ là cách vá víu tạm thời. Các nhà thiết kế máy tính và điện thoại di động đang tìm hiểu cơ chế truyền nhiệt trong mạng lưới nguyên tử silicon để tìm một giải pháp thải nhiệt ra ngoài con chip và bộ nhớ một cách hiệu quả nhất. Ngược lại, ở các thiết bị khác nhiệt cần được điều dẫn đến một mục tiêu mong muốn hay làm chậm lại dòng chảy của nhiệt. Một thí dụ là thiết bị nhiệt điện (thermoelectric device). Thiết bị này sử dụng sự khác biệt nhiệt độ giữa hai vị trí để sản xuất điện. Để có sự chuyển hoán tối đa từ nhiệt sang điện, dòng nhiệt cần phải bị chặn lại hay ít nhất di chuyển thật chậm để duy trì sự khác biệt nhiệt độ nhằm gia tăng hiệu suất chuyển hoán từ nhiệt thành điện. Nếu nguồn nhiệt là cơ thể con người thì thì thiết bị nhiệt điện có thể tạo một nguồn điện cá nhân miễn phí cho điện thoại di động hay laptop.
Việc điều chỉnh hướng đi hoặc ngăn chặn dòng nhiệt cần tinh thể phonon. Nhiệt truyền tải ở tần số THz tương ứng với bước sóng nanomét, nên "nguyên tử" tinh thể cũng phải có kích thước tương đương. Tinh thể phonon nanomét đã được chế tạo bằng phương pháp li-tô (lithography) (Hình 12c). Phương pháp chế tác này vẫn gặp nhiều khó khăn vì mặt phẳng của tinh thể phonon cần phải có độ phẳng tuyệt đối có độ lồi lõm ở độ nhỏ nguyên tử (10-10 m). Nếu lớn hơn, sóng phonon sẽ bị tán xạ trước khi có cơ hội tương tác với tinh thể. Đây là một thách thức cần khắc phục để có những ứng dụng thực tiễn.
7. Lời kết
Vùng cấm electron của chất bán dẫn đã tạo nên huyền thoại trong lịch sử khoa học và cũng là nhân tố của cuôc cách mạng điện tử của thế kỷ 20. Việc phát hiện vùng cấm đặc trưng của tinh thể photon và theo đó là tinh thể phonon đã làm bùng lên một trào lưu nghiên cứu từ thập niên 80 của thế kỷ trước. Hai mươi năm sau vào những năm đầu của thế kỷ 21, Pendry và cộng sự tạo ra siêu vật liệu mà thực chất cũng là những hệ thống có thành phần được sắp xếp trật tự như tinh thể photon/phonon. Chiếc bình mới "siêu vật liệu" cho thêm nhiều hương vị vào vò rượu cũ, đóng góp những tri thức mới dẫn đến các ứng dụng tàng hình, tàng âm, chiết suất âm và siêu thấu kính quang học lẫn âm thanh. Dù rằng, tính khả thi của những tiềm năng này vẫn còn vướng mắc những yêu cầu khó khăn trong thực tế.Những công trình nghiên cứu về những tinh thể nhân tạo photon cho quang học và phonon cho sóng cơ học biểu hiện sự liên hệ mật thiết giữa vật lý và vật liệu học. Chúng đã làm giàu những kiến thức vật lý và đưa ra những thách thức cho việc thiết kế vật liệu mang đặc tính theo các yêu cầu của dự đoán lý thuyết. Bài viết này trình bày một khía cạnh nhỏ của tinh thể phonon, một hệ thống nhân tạo giản dị được tạo thành bởi những ống hình trụ sắp xếp theo một trật tự có chu kỳ. Đặc điểm của hệ thống này là phản hồi các loại sóng cơ học như sóng âm, sóng biển và sóng động đất, những ứng dụng rất gần gũi đóng góp vào chất lượng cuộc sống và sự an toàn của môi trường.
Định luật Bragg biểu hiện bởi một công thức dễ hiểu đã soi thấu được cấu trúc của các tinh thể khoáng chất thiên nhiên 100 năm trước và giờ đây đã trở thành một mẫu mực cho các ứng dụng của tinh thể phonon nhân tạo bao trùm từ mức vĩ mô như sóng thần, sóng động đất đến mức vi mô của sóng siêu âm, siêu vượt âm và nhiệt. Trên phương diện lý thuyết các nhà khoa học đã dùng nhiều con toán phức tạp dựa trên các quy luật vật lý chất rắn để suy đoán ra vị trí vùng cấm của tinh thể, nhưng sự so sánh với định luật Bragg như là một chuẩn mực lúc nào cũng là điều phải có. Có lẽ, cha con nhà Bragg cũng không ngờ đến những khoa học gia hậu bối đã "mượn" định luật của hai ông để khảo sát các sóng cơ học tác động lên những cấu trúc vĩ mô có kích thước 10 tỷ lần lớn hơn những cấu trúc thiên nhiên chứa nguyên tử của tầm cỡ Angstrom (10-10 m, hay là 1 phần mười tỷ của mét).
Những vật liệu giản dị của nền "công nghệ thấp" như ống thép, ống tre, ống bê tông, thậm chí lỗ trống không khí trong lòng đất trở thành các "nguyên tử" của tinh thể phonon. Nhưng sự giản dị không ngừng ở đây. Vật liệu hấp thụ năng lượng sóng ít tốn kém như cao su vụn từ vỏ xe phế thải hay những khe hở đơn giản trên bề mặt ống đã biến ống thành một vật hấp thụ sóng hữu hiệu.
Những cuộc thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, ngoài đường phố hay trong lòng đất được bố trí hoành tráng và công phu đã chứng minh tính thực tiễn của tinh thể phonon. Những "bức tường" tinh thể phonon có thể là hàng cây xanh hoặc những ống kim loại dọc theo đường cao tốc hay là một ốc đảo tĩnh mịch được che chắn bởi những ống tre trong lòng phố thị ồn ào là những việc khả thi trong tầm tay. Nhưng liệu con người có chăng khả năng không chỉ thuần hóa được những cơn sóng dữ, hay những trận động đất có sức tàn phá khủng khiếp mà còn khai thác được năng lượng của chúng như một nguồn năng lượng tái sinh khổng lồ? Đây là một thử thách to lớn và tốn kém cần đến những nghiên cứu lâu dài với sự hỗ trợ của nhà nước.
Khi tiến tới các tần số cao hơn như sóng siêu âm và cao hơn nữa như sóng siêu vượt âm và nhiệt, sự sắp xếp và kích cỡ của thành phần của tinh thể phonon sẽ thuộc về cõi vi mô của micromét và nanomét. Hiện tượng nhìn thấy ở mức vĩ mô cũng xuất hiện ở mức vi mô. Nhưng khi càng tiến tới tần số cao, việc chế tác tinh thể phonon micromét và nanomét với độ chính xác của kích thước nguyên tử trở nên khó khăn cần được khắc phục để có những ứng dụng thực tiễn. Con đường đi đến sự thành công có thể gian nan nhưng sự kết hợp giữa electron, ánh sáng và phonon sẽ cho ra những thiết bị "lai" mà tiềm năng ứng dụng của chúng sẽ mở ra một bước ngoặc lớn cho các nền công nghiệp chẩn đoán y học, điện tử, vi tính và viễn thông.
Năm trăm năm trước thiên tài Leonardo cảm khái thốt lên một tuyệt cú ngắn gọn, "Sự giản dị chính là cái tột bực của tinh vi" (Simplicity is the ultimate of sophistication). Thiên nhiên là hiện thân của quá trình tiến hóa vĩ đại từ những điều giản dị. Con người miệt mài quan sát, nhiệt tình tìm cảm hứng từ thiên nhiên siêu phàm. Tinh thể photon/phonon nhân tạo là những mô phỏng của tinh thể thiên nhiên. Mong rằng cũng như thiên nhiên, những mô phỏng này sẽ phục vụ cho sự an vui của con người, sự hài hòa giữa đất trời và muôn loài sinh linh, để cho những dòng sông không bao giờ ngừng chảy và cho cây ngàn mãi mãi xanh tươi.
Phụ lục
d. Định luật Bragg
Khoa học gia lúc nào cũng có nhu cầu "nhìn" và muốn nhìn thấu đáo đến tận cùng nguyên tử. Những hạt cát lóng lánh trên bờ biển, hay các hạt kim cương lung linh đã được các nhà khoa học đã dùng tia X để quan sát. Nhưng không phải tia X nào cũng có thể quan sát được tinh thể mà phải theo định luật của William Henry Bragg và người con trai William Laurence Bragg (công thức P2). Họ cùng nghiên cứu và cũng là giáo sư trường Đại học Adelaide (South Australia, Úc), và nhận giải Nobel Vật lý năm 1915 cho công trình này.
Khi chùm tia X có những bước sóng khác nhau bắn vào tinh thể thì sóng sẽ chạm vào nguyên tử của các tầng tinh thể gây ra sự nhiễu xạ. Chỉ có tia X có bước sóng tuân theo công thức P2 sẽ bị nhiễu cho sự giao thoa tăng (constructive diffraction) và phản xạ xảy ra. Tia X có bước sóng khác không bị nhiễu sẽ đi qua (truyền xạ) tinh thể (Hình P2).
Hình P2: Chùm tia X (1) có nhiều bước sóng khác nhau được bắn vào một tinh thể ở góc tới θ. Chỉ có chùm tia (2) có bước sóng tuân theo định luật Bragg bị nhiễu xạ có sự giao thoa tăng. Những chùm tia khác (3) không bị nhiễu đi xuyên qua (truyền xạ) tinh thể. Chùm tia (2) và (3) tạo một góc 2θ. Đường gạch ngang biểu hiện những mặt bằng nguyên tử.
Người đọc có thể tham khảo sách giáo khoa để hiểu cách tìm công thức P2 dựa theo Hình P3
nλ = 2d sinθ (P2)
n = 1, 2, 3 , …; λ là bước sóng; d là khoảng giữa hai tầng nguyên tử; góc θ là góc tới của tia X.
Khi sóng tác dụng thẳng góc với bề mặt tinh thể, θ = 90°, sinθ = 1, ta có
nλ= 2d (P3)
hay là d = nλ/2. Như vậy, khi n =1 khoảng cách nhỏ nhất giữa các tầng tinh thể thỏa mãn định luật Bragg là
d= λ /2 (P4)
Hình P3: Hai chùm tia X bắn vào tinh thể ở một góc tới θ , chạm vào nguyên tử tinh thể (O) rồi phản xạ theo định luật Bragg.
Tác giả bài viết:
Trương Văn Tân
Tác giả cuốn sách "Vật liệu và thiết bị nano", NXB Tổng Hợp Tp HCM 2016.
Nguồn bài viết: Tại đây
0 comments: