La cristallographie aux rayons X est une technique utilisée pour déterminer la structure atomique et moléculaire d'un cristal, la structure cristalline provoquant l'incident. radiographie faisceau pour diffracter dans de nombreuses directions spécifiques. En mesurant l'angle et l'intensité de ces faisceaux diffractés, les cristallographes peuvent produire une image tridimensionnelle de la densité électronique à l'intérieur du cristal. Sur la base de cette densité électronique, la position moyenne des atomes dans le cristal peut être déterminée, ainsi que leurs liaisons chimiques, leurs obstacles cristallographiques et diverses autres informations.
Étant donné que de nombreux matériaux peuvent former des cristaux, tels que les sels, les métaux, les minéraux, les semi-conducteurs et diverses molécules inorganiques, organiques et biomolécules, la cristallographie aux rayons X est devenue la base des développements dans de nombreux domaines scientifiques. Au cours de ses premières décennies d’utilisation, la méthode déterminait la taille des atomes, la longueur et le type de liaisons chimiques, ainsi que les différences au niveau atomique entre divers matériaux, notamment les minéraux et les alliages. La méthode a également révélé la structure et la fonction de nombreuses biomolécules, notamment des vitamines, des médicaments, des protéines et des acides nucléiques tels que l’ADN.Cristallographie aux rayons Xreste la principale méthode pour caractériser la structure atomique de nouveaux matériaux et identifier les matériaux qui se ressemblent par d'autres expériences. Les structures cristallines des rayons X peuvent également expliquer les propriétés électroniques ou élastiques inhabituelles des matériaux, éclairer les interactions et les processus chimiques, ou servir de base à la conception de médicaments anti-maladie.
Dansmonocristallin Diffraction des rayons X mesures, le cristal est monté sur un goniomètre. Le goniomètre permet de positionner le cristal dans la direction choisie. Le cristal est éclairé par un faisceau de rayons X monochromatiques finement focalisé, qui produit un motif de diffraction de points régulièrement espacés, appelé réflexion. La méthode mathématique de transformée de Fourier est utilisée pour convertir des images bidimensionnelles prises dans différentes orientations en un modèle tridimensionnel de la densité électronique dans le cristal, combiné avec des données chimiques connues de l'échantillon. Si le cristal est trop petit ou si la structure interne n'est pas suffisamment uniforme, cela peut entraîner une résolution (flou) et même une erreur.
La cristallographie aux rayons X est liée à plusieurs autres méthodes de détermination de la structure des atomes. Des diagrammes de diffraction similaires peuvent être produits par diffusion d’électrons ou de neutrons, qui s’expliquent également par la transformée de Fourier. Si un monocristal de taille suffisante ne peut être obtenu, diverses autres méthodes aux rayons X peuvent être appliquées pour obtenir des informations moins détaillées ; Ces méthodes incluent la diffraction sur fibre,diffraction de poudre, et (si l'échantillon est non cristallisé) la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS). Si le matériau étudié est obtenu uniquement sous forme de poudre de nanocristaux ou présente une faible cristallinité, des méthodes de cristallographie électronique peuvent être appliquées pour déterminer la structure atomique.
Pour tout ce qui précèdeDiffraction des rayons X méthodes, la diffusion est élastique ; Les rayons X diffusés ont la même longueur d'onde que les rayons X incidents. En revanche, les méthodes de diffusion inélastique des rayons X peuvent être utilisées pour étudier l’excitation d’échantillons, tels que les plasmons, le champ cristallin et l’excitation orbitale, les magnétons et les phonons, plutôt que la distribution des atomes.