结构因子

在凝聚态物理学和晶体学中，静态结构因子（或简称结构因子）是对材料如何散射入射辐射的数学描述。 结构因子是解释 X 射线、电子和中子衍射实验中获得的散射图案（干涉图案）的关键工具。

令人困惑的是，有两种不同的数学表达式在使用，都称为“结构因子”。 它更普遍有效，并将观察到的每个原子的衍射强度与单个散射单元产生的衍射强度联系起来。

对于结晶聚合物等部分有序系统，显然存在重叠，专家会根据需要从一种表达方式切换到另一种表达方式。

静态结构因子是在不解析散射光子/电子/中子能量的情况下测量的。 能量分辨测量产生动态结构因子。

考虑在 R j , j = 1 , … , N 。 假设散射很弱，因此入射光束的振幅在整个样品体积中是恒定的（Born 近似），并且可以忽略吸收、折射和多次散射（运动学衍射）。 任何散射波的方向由其散射矢量 q 定义。

这个散射波的幅度和相位将是所有原子散射波的矢量和 ψ s ( q ) = ∑ j = 1 N f j e − i q ⋅ R j

对于原子集合，f j 是第 j个原子的原子形状因子。 散射强度是通过将该函数乘以其复共轭得到的

另一个有用的简化是如果材料是各向同性的，比如粉末或简单的液体。

另一种推导提供了很好的洞察力，但使用了傅里叶变换和卷积。 一般而言，考虑在体积 V 中定义的标量（实）量 ϕ ( r )； 例如，这可能对应于质量或电荷分布或非均匀物体的折射率。