DIFRACCCION

En física, la difracción es un fenómeno característico de las ondas que consiste en ladispersión y curvado aparente de las ondas cuando encuentran un obstáculo. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz y las ondas de radio. También sucede cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propaga; por ejemplo, por causa de la difracción, un haz angosto de ondas de luz de un láser debe finalmente divergir en un rayo más amplio a una distancia suficiente del emisor.

El fenómeno de la difracción es un fenómeno de tipo interferencial y como tal requiere la superposición de ondas coherentes entre sí.

Se produce cuando la longitud de onda es mayor que las dimensiones del objeto, por tanto, los efectos de la difracción disminuyen hasta hacerse indetectables a medida que el tamaño del objeto aumenta comparado con la longitud de onda.

En el espectro electromagnético los Rayos X tienen longitudes de onda similares a lasdistancias interatómicas en la materia. Es posible por lo tanto utilizar la difracción de rayos X como un método para explorar la naturaleza de la estructura cristalina. La difracción producida por una estructura cristalina verifica la ley de Bragg.

Debido a la dualidad onda-corpúsculo característica de la mecánica cuántica es posibleobservar la difracción de partículas como neutrones o electrones. En los inicios de lamecánica cuántica este fue uno de los argumentos más claros a favor de la descripciónondulatoria que realiza la mecánica cuántica de las partículas subatómicas.

Como curiosidad, esta técnica se utilizó para intentar descubrir la estructura del ADN, y fue una de las pruebas experimentales de su estructura de doble hélice propuesta por James Watsony Francis Cricken 1953.

Límite de resolución por difracción

Disco de Airy ideal producido por la difracción de una fuente de luz puntual a través de un sistema óptico de abertura circular.

La difracción es un factor limitante en la calidad de las imágenes producidas porocultamiento óptico. La difracción producida por una apertura circular produce un patrón de interferencia característico de modo que la imagen obtenida de una fuente de luz puntual forma una mancha difusa con un patrón de líneas concentradas en una sola.Una fuente puntual produce un disco luminoso denominado disco de Airy y su diámetroconstituye el límite de resolución por difracción de un instrumento óptico. El disco de Airy está rodeado de círculos concéntricos de luz y oscuridad similares a las franjas deinterferencia producidas por rendijas alargadas. De este modo la imagen de una estrellalejana observada por un telescopio es una mancha borrosa del tamaño del disco de Airy. El tamaño del disco de Airy se calcula a través de la siguiente expresión:

Donde d es el diámetro del disco, λ es la longitud de onda,f la distancia focal ya eldiámetro de apertura del sistema óptico. El efecto fotoeléctrico no permite que la difracción se produzca correctamente.

El limite de la resolución estará dado por el criterio de Rayleigh, según el cual dos objetos son distinguibles solo si el máximo del radio de Airy de un objeto coincide con el mínimo del otro.

La difracción es un fenómeno que afecta a la propagación del sonido. Hablamos dedifracción cuando el sonido en lugar de seguir en la dirección normal, se dispersa en unacontinua dirección.

La explicación la encontramos en el Principio de Huygens que establece que cualquierpunto de un frente de ondas es susceptible de convertirse en un nuevo foco emisor de ondas idénticas a la que lo originó. De acuerdo con este principio, cuando la onda incide sobre una abertura o un obstáculo que impide su propagación, todos los puntos de su plano se convierten en fuentes secundarias de ondas, emitiendo nuevas ondas, denominadas ondas difractadas.

La difracción se puede producir por dos motivos diferentes:

1. porque una onda sonora encuentra a su paso un pequeño obstáculo y lo rodea. Las Bajas frecuencias son más capaces de rodear los obstáculos que las altas. Esto esposible porque las longitudes de onda en el espectro audible están entre 3 cm y 12m, por lo que son lo suficientemente grandes para superar la mayor parte de losobstáculos que encuentran.

2. porque una onda sonora topa con un pequeño agujero y lo atraviesa. La cantidad de difracción estará dada en función del tamaño de la propia abertura y de la longitud de onda.

Si una abertura es grande en comparación con la longitud de onda, el efecto de la difracción es pequeño. La onda se propaga en líneas rectas o rayos, como la luz.

Cuando el tamaño de la abertura es menor en comparación con la longitud de onda, los efectos de la difracción son grandes y el sonido se comporta como si fuese una luz que procede de una fuente puntual localizada en la abertura.

La cristalografía de rayos X es una técnica consistente en hacer pasar un haz de rayos X a través de un cristal de la sustancia sujeta a estudio. El haz se escinde en varias direcciones debido a la simetría de la agrupación de átomos y, por difracción, da lugar a un patrón de intensidades que puede interpretarse según la ubicación de los átomos en el cristal, aplicando la ley de Bragg.

Es una de las técnicas que goza de mayor prestigio entre la comunidad científica paradilucidar estructuras cristalinas, debido a su precisión y a la experiencia acumulada durante décadas, elementos que la hacen muy fiable. Sus mayores limitaciones se deben a la necesidad de trabajar con sistemas cristalinos, por lo que no es aplicable a disoluciones, a sistemas biológicos in vivo, a sistemas amorfos o a gases.

Es posible trabajar conmonocristal es o con polvo microcristalino, consiguiéndosediferentes datos en ambos casos. Para la resolución de los parámetros de la celda unidadpuede ser suficiente la difracción de rayos X en polvo, mientras que para una dilucidación precisa de las posiciones atómicas es conveniente la difracción de rayos X en mono cristal.

La cristalografía de rayos X desempeñó un papel esencial en la descripción de la doblehélice de la molécula de ADN técnica se utiliza ampliamente en la determinación de lasestructuras de las proteínas.

Alfonso Herrera

Electronica del estado solido

seccion 1