Video sobre ley de Bragg http://youtu.be/JuaEh6WjRiw Experiencia de doble rendija con dos hojas de cuter http://youtu.be/CV0Pt2LExMs http://youtu.be/fUZZgDOrY30

Apuntes de:Ing.

Alexander Enrique Viloria Estrada Ing. Alexander Saavedra Mambuscay

Nota: Esta versin electrnica se provee nicamente con fines educativos. Cualquier reproduccin destinada a otros fines, deber obtener los permisos que en cada caso correspondan. 1. PRODUCCIN DE RAYOS X Wilhelm Roentgen, director de la facultad de fsica de la Universidad de Wzburg, en Baviera, realizaba experimentos con la luminosidad producida en determinadas substancias qumicas mediante el uso de un tubo de rayos catdicos, invento en el que la descarga elctrica se efecta en un vaco parcial. El 5 de noviembre de 1895 Roentgen oscureci su laboratorio para observar mejor los resultados y encendi el tubo, que todava estaba cubierto de cartn negro. Para su asombro, lo que vio fue que, aunque el tubo siguiera cubierto, una hoja de papel con una capa de bario de platinocianuro que estaba cerca, empez a irradiar luz intensa y calor. Cuando apag la corriente, ces el resplandor; cuando la encendi, volvi. Al llevar la hoja al cuarto contiguo descubri que mientras el tubo estuviera encendido, la hoja continuaba resplandeciendo all. El asombro de Roentgen resalta en las sobrias palabras cientficas del reporte que escribi despus de probar los poderes de los nuevos rayos. "El papel es muy transparente deca-, los rayos me permitieron ver la pantalla fluorescente iluminarse muy vivamente incluso a travs

de un libro encuadernado de unas mil pginas, sin que, por otra parte, la tinta tipogrfica me estorbara sino en forma mnima. Del mismo modo, vi la fluorescencia a travs de dos juegos de barajas, aun cuando, al sostener un naipe entre el instrumento y la pantalla, dicho naipe pasara prcticamente inadvertido por el ojo. Asimismo, apenas si se percibe una hoja de papel de estao, ya que para que su sombra se distinga con toda claridad en la pantalla es necesario colocar una capa del mismo sobre otra. Pero tambin son transparentes los gruesos bloques de madera. En cambio, las tablas de pino de dos o tres centmetros no dejan pasar la luz sino ligersimamente. Una placa de aluminio de aproximadamente 15 milmetros de grosor, aunque debilit la accin de manera considerable, no ocasion que la fluorescencia desapareciera del todo. Las hojas de hule grueso, tambin permiten que los rayos las atraviesen." Ms importante que lo anterior eran los diferentes grados que los rayos penetraban la carne y los huesos humanos. Roentgen no tard en advertir el inmenso valor mdico del descubrimiento, y su anhelo de anunciarlo se equiparaba a la necesidad de verificar cuantos ms hechos le fuera posible. Fue hasta el 28 de diciembre, despus de siete semanas de continua experimentacin, cuando finalmente entreg su primer artculo sobre el nuevo fenmeno a la Sociedad Fsico-Mdica de Wzburg. La noticia lleg pronto a Berln y a Viena, luego a otras capitales europeas y, para el anochecer del 23 de enero, cuando sustentaba una conferencia en la Universidad ante un saln completamente lleno, Roentgen alcanz; la fama. Un punto que Roentgen ya haba confirmado era que los nuevos rayos afectaban la pelcula fotogrfica, as que para finalizar su conferencia llev a cabo una impresionante demostracin. Le gustara al profesor Albert Von Kolliker, el anatomista de la Universidad, que fotografiara su mano? El profesor se par de su asiento y coloc su mano sobre la pelcula sensibilizada antes de que Roentgen encendiera el tubo. Un rato despus Roentgen mostr la pelcula revelada que exhiba con toda claridad los huesos, los suaves tejidos de la mano, y la firme imagen de un anillo de metal que el profesor llevaba en el tercer dedo. Inmediatamente Kolliker propuso que los nuevos fenmenos no deban llamarse rayos X, como Roentgen los haba llamado hasta ese momento, sino rayos Roentgen. Pero en la mayora de los pases se dificultaba pronunciar la "oe" del nombre alemn y al finalizar el siglo fue el trmino de rayos X el que consolid; la fama. En ningn momento Roentgen pidi; que lo llamaran con el "von", que le haba concedido el Prncipe de Baviera en reconocimiento a su realizacin, ni hizo el menor esfuerzo para ganar dinero con su descubrimiento.

Deca: "De acuerdo con la buena tradicin del profesorado de las universidades alemanas, me parece que sus descubrimientos e inventos pertenecen a la humanidad, y que no deben permitir que ninguna patente, licencia o contrato los obstaculice, como tampoco que ningn grupo los controle." El uso de los rayos X como medio auxiliar para el diagnstico mdico abarc pronto el mundo entero. Entre las primeras y ms obvias aplicaciones estaban las de localizar desde las balas en la pierna de un soldado hasta objetos ingeridos por nios. Posteriormente, a medida que la naturaleza de los rayos X se conoci y se comprendi mejor, fue posible fotografiar con ellos los tumores que no podan localizarse mediante ningn otro medio, as como con su ayuda llevar un registro del metabolismo del cuerpo humano y utilizarlos en infinidad de otras formas como un nuevo instrumento mdico. Pas un tiempo antes de que ese instrumento fuera comprendido adecuadamente. Pero ms tarde se advirti que los rayos X se producan cuando los electrones que formaban la corriente de electricidad del ctodo en el tubo se detenan de pronto al entrar en contacto con el metal del nodo. Cuando esto suceda, los electrones cedan parte de su energa en rayos X, de modo muy parecido a la manera en que una bala detenida por un muro ceder su energa en rayos infrarrojos que se reconocen como calor. Se encontr que al aumentar el voltaje aplicado al tubo los rayos X resultantes tenan mayor poder de penetracin; y experimentos posteriores demostraron tambin que a mayor poder de penetracin de los rayos, mayor frecuencia. En tanto que se investigaban y se explotaban las aplicaciones mdicas de los nuevos rayos de Roentgen, el descubrimiento de Heinrich Hertz en Karlsrohe no pasaba inadvertido. Sus rayos se haban producido elctricamente, viajaban a la velocidad de la luz, cosa que para la mayora de los fines prcticos significaba que se extendan instantneamente, y creaban una corriente complementaria a distancia, sin necesidad de ningn alambre de enlace. Estos hechos, por supuesto, emocionaban a quienes se encontraban utilizando la electricidad para transmitir mensajes por medio de alambres. Aspectos a destacar En 1895 Wilhelm Rntgen observ que una radiacin altamente penetrante de naturaleza desconocida se produca cuando electrones rpidos inciden sobre la materia.

Estos rayos X tenan a propiedad de propagarse en lnea recta, aun a traves de un campo elctrico o magntico, atravesar fcilmente materias opacas y de impresionar placas fotogrficas. Cuanto ms rpido es el electrn inicial, ms penetrantes son los rayos X, y cuanto mayor es el nmero de electrones, mayor es la intensidad del haz. Los rayos X son ondas electromagnticas. A la radiacin que se produce en el proceso de frenado de los electrones se le llama radiacin de bremsstrahlung. Las longitudes de onda caractersticas de los rayos X son del orden de 10-11 nm, ue son del orden de 10-4 veces la longitud de onda de la luz visible, y por tanto sus fotones son 104 veces ms energticos. En la siguiente grfica se representa de manera sencilla la produccin de rayos X:

Figura 1. Produccin de Rayos X Los rayos X para la difraccin son ondas electromagnticas con longitudes de onda entre 0.05 y 0.25 nm (0.5 y 2.5 ). Para producir rayos X para propsitos de difraccin es necesario un voltaje de uno 35 KV y se suministra entre un ctodo y un metal diana andico ambos mantenido en vaco como se presenta en la figura 1. Cuando el filamento de Wolframio del ctodo se calienta, se liberan electrones por emisin termoinica y se aceleran a travs del vacio por la gran diferencia de voltaje entre el ctodo y el nodo, por consiguiente ganando energa cintica. Cuando los electrones golpean la lmina de metal se emiten rayos X. Sin embargo, la mayor parte de la energa

cintica (cerca del 98%) se convierte en calor, por tanto, la muestra tiene que enfriarse externamente. Como sabemos los electrones externos de un tomo son los que producen los espectros pticos de los elementos, basta con pequeas cantidades de energa relativamente pequeas para producir estados excitados, y a su vuelta al estado normal se emiten longitudes de onda en ( cerca de la regin visible). Los electrones ms cerca del ncleo requieren mayor energa para ser separados, por lo tanto cuando el tomo llega a su estado normal los electrones internos generan desplazamiento y s d lugar a la emisin de rayos X. Los electrones al chocar con los tomos del nodo, desplazarn uno de los electrones internos, por ejemplo, uno de los electrones de la capa K, esto deja un vaco en la capa k, que es ocupado inmediatamente por un electrn cualquiera de la capa L, M N. El reajuste de los electrones va acompaado de una disminucin de energa del tomo, emitindose un fotn de Rayos X con una energa exactamente igual a dicha disminucin. El espectro de rayos X debe ser tambin un espectro de lneas, adems ha de haber tres lneas en cada serie, correspondientes a las tres posibilidades de que el espacio vacante pueda ser ocupado por un electrn de las capas L, M, N. Tambin existe un fondo de radiacin X continua, procedente del nodo de un tubo cualquiera de rayos X, esto es debido a la rpida deceleracin de aquellos que no logran expulsar un electrn de un tomo. 2. DIFRACCIN DE RAYOS X Las longitudes de onda de algunos rayos X son ms menos iguales a la distancia entre planos de tomos de slidos cristalinos. Cuando una radiacin electromagntica incide sobre una superficie provista de un gran nmero de elementos espaciados regularmente a intervalos aproximadamente iguales a la longitud de onda de la radiacin, se produce el fenmeno de difraccin, consistente en la separacin del rayo incidente en una serie de haces que se dispersan en todas direcciones. El dispositivo que produce ste fenmeno se llama rejilla de difraccin. Este espaciado es del orden de , que es la misma magnitud de la longitud de onda de los rayos X, stos ltimos pueden ser difractados por el slido que acta como rejilla de difraccin. Los elementos de la rejilla son las partculas constituyentes del slido y ms precisamente

sus electrones, que al recibir la radiacin la reemiten haciendo las veces de nuevas fuentes de radiacin. El siguiente esquema indica la deduccin de la Ley de Bragg:

Figura 2. Ley de Bragg Para el ngulo de Bragg, los rayos reflejados estn en fase y se refuerzan mutuamente y representa el ngulo entre el rayo incidente (o el reflejado) y el cristal. El rayo incidente nmero 2 recorre la siguiente distancia (ms que el rayo incidente nmero 1): MP+NP = nl (1) sen = (2)

d*seno = nl con (1): 2dhklsen = nl LEY DE BRAGG

Condiciones de difraccin para celdillas cbicas unidad. Las tcnicas de difraccin de rayos X permiten determinar las estructuras de slidos cristalinos. La interpretacin de los datos de difraccin de rayos X para la mayora de las sustancias es compleja, de ah que trataremos el caso de difraccin en metales de estructura cbica bsica. El anlisis de difraccin de rayos X para celdillas unidad

cbicas puede ser expresado mediante la combinacin de las ecuaciones de la distancia interplanar y la ley de Bragg, de all se obtiene:

Esta ecuacin puede ser empleada con los datos de difraccin para determinar si la estructura es cbica centrada en el cuerpo cbica centrada en las caras. Para emplear esta ecuacin debemos saber que planos del cristal son los planos de difraccin para cada tipo de estructura cristalina. Para la red cbica simple, son posibles reflexiones desde todos los planos (hkl). Sin embargo para la estructura cbica centrada en el cuerpo la difraccin ocurre sobre los planos cuyos ndices de Miller sumados (h+k+l) nos d un nmero par; los principales planos de difraccin son {110}, {200} ,{211} , etc. En el caso de la estructura cbica centrada en las caras, los planos principales de difraccin son aquellos cuyos ndices de Miller son todos pares o impares (cero es considerado par), de esta manera, para la estructura FCC, los planos difractantes son {111} , {200} , {220}, etc. 2.1 Factores de Dispersin Como ya vimos, para que un rayo X que incide sobre una estructura cristalina produzca un rayo difractado, se debe necesariamente que cumplir la ley de Bragg, sin embargo, esta no es la nica condicin que se debe cumplir, ya que cuando un rayo que llega a una estructura e incide sobre un plano que cumple la relacin mencionada, puede que lo haga de tal forma que los rayos difractados se unan "positivamente", en tal caso se tiene un rayo difractado con una intensidad determinada, en caso contrario se tiene una "suma negativa" de rayos que cumplen la ley de Bragg pero cuya intensidad como conjunto es cero y no se manifiesta al realizar un estudio de difraccin de rayos X. Por lo anteriormente expuesto se puede concluir que la posicin de los tomos en la estructura afecta la intensidad, ms no la direccin de los rayos difractados, y que por lo tanto es posible a partir de la medicin de la intensidad, determinar la posicin de los tomos en la celda del la estructura en estudio. Para ilustrar esto, se muestra la figura 3, donde se puede observar que los rayos que dispersados en la figura 3a, lo hacen en fase, lo que no ocurre con los rayos dispersados de la figura 3b, en donde los rayos dispersados estn en desfase en un ngulo de l /2, lo cual se traduce en un decaimiento de la intensidad hasta que alcanza el cero.

Como se puede ver en la Figura 3, la intensidad depende entonces de la posicin de los tomos en la estructura, pero no debemos olvidar que los tomos estn conformados por los electrones y que adems la reunin de tomos es lo que conforma la celda unidad que a su vez conforma la estructura del material; por lo tanto al estudiar la dispersin producto de la posicin de los tomos, hay que considerar adems la dispersin por efecto de los electrones y por efecto de la estructura como efectivamente se har.

Figura 3. Efecto de la dispersin positiva en una estructura FCC, (a); y la dispersin negativa en una estructura BCC, (b).

2.1.1 Dispersin por efecto de los electrones Cuando un rayo X se dirige hacia un tomo, se presenta interaccin entre el rayo y los electrones que se encuentran en los orbitales, cuando el rayo choca contra los electrones, se pueden producir una serie de radiaciones denominadas radiaciones dispersas, o bien se pueden producir radiaciones coherentes, que son radiaciones que tienen la misma longitud de onda y frecuencia que los rayos incidentes, sin embargo no tienen la misma intensidad que el rayo incidente, debido esto a la interaccin que ocurre con los electrones y que se puede manifestar de diferentes formas, por ejemplo, el efecto Compton, el efecto de radiacin modificada de Compton, el efecto fotoelctrico, entre otros, que colaboran para formar el indeseable ennegrecimiento del Background. Aunque la radiacin incidente es dispersa en todas las direcciones por los electrones, la intensidad de los rayos dispersos dependen del ngulo de dispersin y la relacin que permite determinar la magnitud de la intensidad de los rayos dispersos es:

sta relacin establece las intensidades dispersas e incidentes absolutas, que son muy difciles de medir, y establecer la relacin entre ambas, muchas veces es de mucha utilidad, y suficiente en problemas prcticos de difraccin de rayos X. El factor que se encuentra entre parntesis es denominado factor de polarizacin que se presenta debido a que el rayo incidente no es polarizado y es necesario para el calculo de la intensidad especialmente cuando se utiliza el mtodo de polvos, como se ver ms adelante. 2.1.2 Dispersin por el tomo Cuando un rayo X se encuentra un tomo en su camino se presenta una interaccin entre el rayo y los electrones que pertenecen al tomo, de esta forma un tomo de nmero atmico Z, dispersa a un rayo en Z direcciones diferentes. Algunas de las radiaciones dispersas estarn en fase y otras no, debido a que los electrnes ocupan diferentes posiciones en el tomo, y por lo tanto, la longitud de onda de la radiacin dispersa y su intensidad se ven alteradas. Para determinar el efecto que tiene cada electrn con relacin al efecto que tiene el tomo, se tiene el factor de dispersin atmica, que est dado por la relacin:

adems, este factor esta relacionado con la relacin entre el seno del ngulo de dispersin y la longitud de onda del rayo incidente:

la relacin entre estos dos terminos es necesaria para la determinacin de la intensidad de los rayos dispersados y se obtiene graficando f vs . Esta grfica es de mucha importancia para la determinacin de las intensidades de los rayos dispersados por el cristal o muestra. 2.1.3 Dispersin por la celda Cuando se entra a determinar la intensidad de u rayo dispersado por una celda, hay que tener en cuenta que la celda esta compuesta por

tomos, y este a su vez esta compuesto por electrones, por lo tanto se debe establecer los efectos de cada tomo (que ocupa una posicin especfica) en la intensidad de la radiacin dispersa. El efecto de cada tomo esta dado por:

Donde A, es la amplitud de la onda dispersa; , es el ngulo de fase; f, es el factor de forma del tomo; h,k,l; son los ndices de Miller del tomo y u,v,w; son las coordenadas del tomo. Si se quiere determinar la contribucin de todos los tomos de la celda a la intensidad de los rayos dispersos hay que hacer la suma de los factores de cada tomo, de esta forma se obtiene:

Donde F, es el factor estructural, que nos permite determinar la estructura (ubicacin de los tomos en la celda), ya que slo tienen valores de F diferentes de cero aquellos planos que cumplen la relacin y por medio de la determinacin de la intensidad del rayo dispersado por un plano hkl se puede determinar a que estructura pertenece entonces este plano. Este factor es muy importante en la determinacin de las estructuras a la cual pertenece un determinado resultado del anlisis de difraccin, ya que de acuerdo a como sea la estructura, as ser el valor de F que se obtendr, por ejemplo para cristales que presenten estructuras FCC se presentar F=4f cuando los ndices de Miller sean o bien todos pares o bien todos impares; para la estructura BCCse presentar F= 2f para cuando h+k+l sea par y as se pueden encontrar las relaciones que deben cumplir los ndices de Miller en el apndice de la ref.1. 2.1.4 Factor de multiplicidad Se define como el nmero de planos diferentes que tienen el mismo espaciamiento dentro de una celda y que por lo tanto contribuyen a que la misma reflexin entre dentro del calculo de la intensidad, este factor se designa por la letra p y su valor se encuentra en el apndice 13 de la ref.1, y en general su valor depende del sistema cristalino al cual pertenezca la estructura en estudio. 2.1.5 Factor de Lorentz y de Polarizacin

Este es considerado un factor trigonomtrico que influye sobre la intensidad del rayo difractado, este factor esta asociado al sistema de medicin utilizado y en algunos casos a la tcnica utilizada, su valor esta dado por:

El valor de este factor esta dado en el apndice 14 de la ref.1, y como podemos darnos cuenta es funcin del valor del ngulo , y en general su efecto sobre la intensidad es disminuirla en relacin con las intensidades ideales que se obtienen para rayos con =0, para los cuales se obtendra la intensidad mxima. 2.1.6 Factor Temperatura Cuando se realizan los estudios de las estructuras se asume que los tomos permanecen quietos en las celdas y que no cambian de posicin, por lo menos durante el ensayo, sin embargo cuando se someten las muestras a temperaturas altas la vibracin de los tomos se hace presente en mayor magnitud, motivo por el cual puede ocurrir que por ejemplo: la celda se expanda, aumentando el espaciamiento entre planos, la intensidad de la linea de difraccin decrezca y la intensidad del grado de ennegrecimiento del Backgound aumente, disminuyendo la claridad de la muestra. El efecto de la temperatura se da por la siguiente relacin: f = f0eM Donde eM es el termino por el cual se debe multiplicar la intensidad para tener en cuenta las vibraciones producidas por efecto de la temperatura y cuya determinacin se puede lograr por los datos que aparecen en el apndice 15 de la ref.1. 2.2 Clculo de la intensidad Luego de tener todos los factores determinados es posible determinar la intensidad por medio de la relacin:

Tabla 1. Pasos para determinar las intensidades de las linea de difraccin obtenidas de una cmara que utiliza el mtodo de polvo. Pero para calcular los factores que se han de tener en cuenta es necesario establecer un orden del calculo de cada uno de ellos, para esto se recomienda hacer una tabla como la que se muestra, donde se pueden apreciar los diferentes factores que se necesitan para calcular la intensidad para cada uno de los ngulos a ser tenidos en cuanta. 3. MTODOS UTILIZADOS EN DIFRACCIN DE RAYOS X Para realizar las practicas de difraccin de rayos X se han utilizado a lo largo de la historia diferentes mtodos, que en general se pueden dividir en dos grandes grupos, estos son: los de Cmara de Difraccin y el Difractmetro de Rayos X; que se mostraran a continuacin: 3.1 METODOS DE DIFRACCIN POR CMARAS 3.1.1. Mtodo de Laue El mtodo de Laue fue el primer mtodo de difraccin de Rayos X desarrollado, en este caso se hace incidir un rayo de radiacin blanca (l variable) sobre el monocristal o una lmina muy delgada del material a analizar, y los rayos difractados por el cristal, son aquellos que cumplen las condiciones de ngulo y espaciamiento especificadas por

la ley de Bragg, para este mtodo se tienen dos variantes, que son: el utilizar cmaras de transmisin o cmaras de reflexin.

Cmaras de transmisin Este mtodo es llamado as debido a que los rayos pasan a travs del material y luego son difractados sobre una pantalla donde se recoge la informacin. La caracterstica ms importante de este mtodo es que los rayos difractados son contenidos en un cono que al ser proyectado sobre la pantalla se observa como una elipse cuyo permetro contiene a los rayos difractados (ver Figura 4), en la Figura 5 se muestra un esquema de la cmara, donde C, es el cristal; D, la distancia entre el cristal y la pelcula; F, marco donde se colocan la pelcula y un metal opaco a la radiacin, que se encarga de reducir el ennegrecimiento debido a radiaciones fugadas. La medicin de los ngulos en este mtodo se realiza por medio de la relacin:

En este caso los puntos corresponden a los rayos que son difractados por el cristal y la distancia desde el centro de la elipse al punto en cuestin se designa como r1. Para los ngulos que cumplen con la relacin se mide la intensidad de los puntos producidos sobre la pantalla y se determina la distancia r1, para de esta forma quedar establecido el plano que produce dicha reflexin.

Figura 4. Esquema que muestra la cmara de transmisin. Cmaras de reflexin Para este caso la pelcula es colocada entre el cristal y el rayo incidente, que pasa a travs de un orificio en la pelcula, este mtodo es el ms utilizado ya que no requiere espesores tan delgados de material, como en el caso anterior, en este caso los rayos difractados pueden conformar una hiprbola o una linea perpendicular al eje del

rayo incidente, segn el ngulo entre el permetro de la elipse y la direccin del rayo incidente. La cmara utilizada es similar a la de transmisin, la nica variante es el tubo que pasa a travs de la pelcula y que se denomina colimador, cuya funcin es dirigir los rayos hacia el cristal, la Figura 6 nos muestra el montaje de la cmara y la pelcula. A partir de los rayos reflejados se obtiene una hiprbola que se puede lograr a partir de los diferentes planos de difraccin que se pueden tener en el cristal o muestra; el ngulo se mide por la relacin:

Mientras que la intensidad de los rayos se miden de la misma forma que en el caso anterior.

Figura 5. Esquema que muestra la cmara de reflexin. 3.1.2. Mtodo del Cristal Rotatorio Este tipo de anlisis se realiza utilizando un rayo con l fijo, para obtener por medio de un rayo monocromtico, diferentes rayos difractados que se recogen sobre una pelcula colocada en el contorno de una cmara cilndrica, cuyo eje de giro coincide con el eje de rotacin del cristal, por lo cual se forman lineas imaginarias que corresponden a diferentes conos de rayos de difraccin que cumplen la ley de Bragg y que contienen los puntos de los rayos difractados; este ensayo se utiliza para la determinacin de estructuras de cristales desconocidos, por comparacin con patrones de difraccin.

3.1.3. Mtodo de Difraccin por Polvos Este mtodo tienen como principal caracterstica que la muestra del material a analizar es pulverizada antes de ser analizada y se utiliza l fijo lo que permite simular la condicin de l variable (rayo policromatico), por esto se obtienen conos de difraccin cuando se

utiliza este mtodo, pero difiriendo de los casos anteriores, los conos obtenidos son uniformes y de lineas continuas y no puntos. El eje del cono corresponde a la direccin del rayo incidente y el ngulo que se forma entre la superficie del cono y el eje del mismo corresponde al ngulo del plano que cumple la ley de Bragg, en este mtodo, al igual que en el mtodo de Laue se presentan bsicamente dos tecnicas, a saber, la de reflexin y la transmisin; pero se presentan tambin diferentes tcnicas, de acuerdo a la cmara utilizada para realizar el anlisis, y estas son:

Cmara de Debye Scherer Tienen como principal caracterstica que la pelcula sobre la cual se recoge la informacin esta colocada sobre la superficie interior del anillo que conforma la cmara y la muestra a analizar es colocada en el centro de la misma.

a

b

Figura 6. Cmara de Debye Scherer (a) y esquema de la interseccin del cono con la pelcula (b).

Como podemos ver en la figura 6 la cmara esta compuesta por una cubierta de forma cilndrica, un soporte para la lmina, un colimador que se encarga de enfocar los rayos sobre la muestra analizar, un parador de rayos para evitar el ennegrecimiento de la pelcula por los rayos transmitidos y un soporte para los polvos. En general la cmara tiene un dimetro que oscila entre 5 y 20cm y el ngulo se obtiene por la relacin R = S, donde R, corresponde al radio de la cmara y S corresponde a la distancia entre las dos lineas del cono que interceptan a la pelcula. (Figura 6b) Luego de medir los ngulos que producen reflexin, se debe determinar la intensidad de las lineas de difraccin, lo cual se puede

realizar por medio de un densitmetro que se encarga de medir el grado de ennegrecimiento que presenta la linea y en funcin de este determinar la intensidad de los rayos difractados por los diferentes planos.

Focusing Cmaras (cmaras de Enfoque) Este tipo de cmaras utilizan el principio que se muestra en las Figura 7. En este tipo de cmaras el rayo incidente se pasa a travs de una rejilla S, y llega a la muestra (entre A y B), produciendo conos de difraccin que se forman a partir de planos que corresponden a una misma familia y se proyectan en la pelcula como lineas de difraccin en F, el valor de puede ser medido por medio e la relacin R4 = U + arcSABN

Figura 7. Esquema que muestra el principio en el que se basa la cmara de enfoque. El uso principal de este tipo de cmaras es para la determinacin de estructuras de cristales complejos que presentan patrones complejos de difraccin.

Cmara de alfiler (pinhole) Consiste en un plato - pelcula, sobre el cual se encuentra el polvo a analizar y al cual se le hace llegar un rayo monocromtico, obteniendo como resultado un anillo de difraccin donde el ngulo , es medido

(para transmisin) por la relacin: , donde U es el dimetro del anillo formado y U corresponde a la distancia entre la muestra y la pelcula; para la tcnica de reflexin el ngulo , es medido por la relacin reflexin. y V, corresponde al dimetro del anillo pero en

Figura 8. Esquema de la cmara de pinhole. 3.1.4. Difractmetro de Rayos X El estudio del difractmetro de rayos X se har en forma ms profunda, por cuanto ste es el mtodo ms utilizado actualmente para la determinacin de estructuras, anlisis de composicin de mtales, y otras aplicaciones. Instrumentos: dentro de los instrumentos a utilizar en el difractmetro se encuentran: Un tubo generador de Rayos X (cuyo funcionamiento se explic anteriormente); una fuente generadora de corriente (preferiblemente de Potencial constante o de Corriente rectificada en onda completa) que debe estar en capacidad de entregar la corriente a una frecuencia de 60MHz, un voltaje que debe estar entre 20 y 60KV; el difractmetro que es dispositivo principal; y por ltimo el sistema de deteccin y conteo. A continuacin se muestran las condiciones de operacin del tubo generador de rayos X (incluyendo el tipo de Monocromador) para posteriormente analizar las otras partes que constituyen el Difractometro de Rayos X.

Condiciones de operacin del tubo generador de Rayos X, las condiciones de operacin del tubo de rayos X determinan en gran

medida la optimizacin del ensayo a realizar, por esto se hace un completo resumen de las caractersticas ms importantes. ptimo Kilovoltaje: este es la primera condicin que debe ser tenida en cuenta para establecer las condiciones adecuadas, depende del material del cual este hecho el nodo y del miliamperaje a utilizar, en la Tabla 2, se muestran los diferentes KV para los diferentes nodos utilizados.

nodo Cu Cr Mo Fe Co

No Atmico 29 24 42 26 27

K1,2 1.542 2.291 0.0710 1.791 0.361

Potencia de excitacin,(KV) 8.98 5.99 20.00 7.71 25.51

Kilovoltaje ptimo,(KV) 30-45 20-30 20-35 25-40 70-80

Tabla 2. Caracteristicas de KV generalmente utilizadas para diferentes materiales de nodos. Tipo de generador empleado: el tipo de generador empleado debe ser (como se dijo antes) rectificado en onda completa o de potencial constante, con el fin de establecer condiciones de operacin constantes, esto con el fin de que se alcance al Voltaje crtico (Vc. Voltaje de generacin de rayos X) durante su operacin, y poder de esta manera lograr la emisin de rayos X en la mayor parte del tiempo que la fuente est en funcionamiento. Eleccin del tipo de Monocromatizador a utilizar: para realizar la monocromatizacin de los rayos emitidos por el tubo generador se utilizan bsicamente tres mtodos, que son: los filtros beta , los selectores de pulsos altos y el Monocromador. Los filtros beta , son filtros cuyos coeficientes de absorcin se encuentran entre Kalfa y Kbeta , y que por tanto dejan pasar slo las radiaciones que se encuentran muy cerca de Kalfa , su principal desventaja es que dejan pasar las radiaciones de longitud de onda pequea, por lo que se recomienda utilizar este filtro acompaado de un selector de pulso altos el cual se utiliza para eliminar las radiaciones de l pequea, es decir, de alta energa, pero no elimina las radiaciones tipo Kbeta , que s elimina el filtro. El dispositivo ms utilizado para filtrar las

radiaciones que llegan al Difractometro es el Monocromador que se encarga de filtrar tanto los rayos Kbeta , como los rayos con l pequea y es ms eficiente que la combinacin filtro, selector de pulsos altos. Sin embargo su principal desventaja es que produce una perdida de intensidad al mismo tiempo que aumenta la resolucin (ver Figura 9). En esta figura se puede observar la diferencia de resolucin para las diferentes condiciones, en la figura a, no hay monocromadores, en la b, se utiliza un selector de pulsos altos, en la c, se utiliza un filtro y en la d, la combinacin de estos dos mtodos.

Figura 9. Comparacin entre los diferentes tipos de monocromadores Miliamperaje*Kilovoltaje del tubo: esta caracterstica de operacin esta relacionada con el rea especfica focal del rayo, la capacidad especfica de los nodos y con la disipacin de calor en los tubos, el nivel de mA*KV se escoge de acuerdo a la grfica de rango de poder y teniendo en cuenta la interaccin que existe entre intensidad y resolucin.

Figura 10. Rango de poder para diferentes nodos ngulo de Salida: determina el ancho del rayo que llega al difractmetro, lo cual influye sobre el tamao de los picos de lectura del mismo, y sobre la intensidad del Background. Estas dos intensidades son las que determinan la resolucin de la medida realizada. Lo ms recomendado es que el ancho del rayo que llega al difractmetro sea igual al ancho de la rejilla secundaria de entrada, con el fin de disminuir la dispersin de los rayos. Figura de Mrito: determina la relacin adecuada de mA*KV, esta determinada por la velocidad de conteo de los picos y del Background, en general para un mnimo error en la figura de mrito se recomienda tener una gran diferencia entre la velocidad de conteo del Background y de los picos. Con estos parmetros establecidos, se considera que las condiciones de operacin del tubo generador de radiaciones quedan plenamente establecidas. Ahora se puede continuar explicando los dems constituyentes del difractmetro. Difractmetro: el dispositivo denominado difractmetro, est compuesto por cuatro rejillas (dos a la salida de la fuente de rayos X y dos a la entrada del contador), presenta adems dos colimadores que se encargan de disminuir la divergencia de los rayos que llegan tanto a la muestra como al sistema detector o contador de rayos reflejados. Las rejillas iniciales disminuyen la dispersin en forma vertical, mientras que el colimador inicial disminuye la dispersin en forma lateral, con lo que se logra que los rayos que llegan a la muestra se enfoquen sobre la superficie sobre la cual sta se encuentra colocada y no sobre otra parte; las dos rejillas finales se encuentran antes del sistema de conteo y tienen como funcin enfocar los rayos que salen de la muestra hacia ese sistema. Hay que hacer notar que el plato sobre el cual se colocan las muestras tiene una longitud de 2cm, que

debe ser cubierta por los rayos que llegan al mismo. Tambin se debe destacar el hecho de que el ancho de la rejilla inicial, est determinada por el ancho del rayo (ancho del filamento en el tubo generador de rayos X), esto debido a que las dimensiones de estos dos dispositivos deben ser iguales, con el fin de disminuir la dispersin de los rayos que llegan a la muestra y al sistema de conteo. En la figura 11 se muestra el difractmetro con cada una de sus partes.

Figura 11. Difractmetro y cada una de las partes que lo conforman.

Detector y sistema de Conteo: La funcin del detector es la de leer la intensidad de los rayos que llegan al sistema de conteo, esto lo logra por medio de la conversin de los fotones de los que estn compuestos los rayos a pulsos elctricos que son contados por circuitos electrnicos, que pueden ser de tipo Proporcional, el cual recibe este nombre por el hecho de que el pulso producido genera un voltaje proporcional a la intensidad del rayo que llega al detector, este a su ves puede ser de dos tipos: a) proporcional de gas, que funciona colocando un gas inerte con potencial de ionizacin bajo, tal como el Xe que al ser excitado por los fotones desprende un electrn generando una corriente entre el ctodo y el nodo por efecto de la ionizacin, los electrones son acelerados hacia el nodo, lo que genera una amplificacin electrnica debido a la gran cantidad de electrones, esto a la vez genera una disminucin en el voltaje en forma de pulsos que son reconocidos por el sistema de amplificacin para luego ser llevados a un sistema de conteo. b) proporcional de centelleo, en este caso se produce la conversin de los fotones de rayos X en pulsos electrnicos en dos etapas; la primera es que los ftones emiten luces azules al entrar en contacto con partculas fosfricas, tales como las de NaI (Yoduro de sodio) dopado con Talio, estas luces luego son transformadas en pulsos de voltaje por medio de partculas fotomultiplicadoras (Sn/Cs) que actan

como fotoctodos que reciben a los electrnes y que se encargan de aumentar la intensidad de los pulsos de voltaje producidos para que estos sean ledos como en el caso anterior, estos dos sistemas son los ms utilizados por los sistemas detectores, sin embargo inicialmente se us el sistema de deteccin uy conteo de Geiner, el cual utilizaba un gas pesado, pero se produce una perdida de proporcionalidad y no puede ser utilizado con el selector de pulsos altos. Sistema de Conteo y escalamiento: este sistema consta de un ratmetro que da una medida de la velocidad de conteo por unidad de tiempo, lo cual sirve para regular la velocidad a trabajar o para disear experimentos variando el intervalo de ngulos dentro de los cuales se va a realizar el experimento. La determinacin de la velocidad es lograda por medio de un circuito que consiste en una resistencia y un capacitor variables, y cuyos valores deben ser establecidos con el fin de lograr perfiles reales del comportamiento de los rayos reflejados. Esto se hace utilizando la relacin: RC < (10*ncho de la rejilla receptora)/(velocidad de escalamiento) Pantalla Visual: este dispositivo se requiere para el anlisis bien sea semicuantitativo o cualitativo y es adems otra medida de la velocidad de conteo, ya que puede mostrar el numero de conteos por unidad de tiempo R, y dado que ambas medidas son requeridas, en la pantalla aparecen dos escalas, una de conteo y otra de tiempo, adems sirve para disear experimentos de tal forma que se especfica el numero de conteos para los cuales se requiere que pare el experimento, de tal forma que al lograr el numero de conteos especificados, se manda una seal que detiene todo el sistema y el experimento se da por terminado. La presentacin en pantalla puede ser almacenada, impresa o leda directamente dependiendo de los dispositivos de los cuales se disponga.

4. Aplicaciones A continuacin se mencionan algunas de las aplicaciones ms comunes que se encuentran en el estudio de los materiales especialmente:

Determinacin de la estructura de los materiales, esto se hace gracias a la recopilacin de informacin que ha permitido tener una gran cantidad de patrones de difraccin. Adems del establecimiento de los planos cristalinos que producen difraccin y la combinacin del difractmetro con las cmaras de difraccin de rayos X, para el estudio de estructuras complejas. Determinacin de las composiciones y de los elementos presentes en una estructura que se somete a estudio, esto se logra realizando anlisis cuantitativo y cualitativos de las estructuras que se someten a estudio. Determinacin de los cambios de fases en las estructuras, este tipo de anlisis se realiza por medio de difractmetros o cmaras en los cuales se puede someter el material a cambios de temperatura, lo cual permite realizar anlisis a diferentes temperaturas. Determinacin de esfuerzos residuales. Se realiza estudiando patrones de difraccin del material es estudio y comparndolos con aquellos en los que se presentan esfuerzos residuales con el fin de detectar cambios en la morfologa de los planos que producen difraccim

Redes de BravaisEste artculo o seccin necesita referencias que aparezcan en una publicacin acreditada, como revistas especializadas, monografas, prensa diaria o pginas de Internet fidedignas.Puedes aadirlas as o avisar al autor principal del artculo en su pgina de discusin pegando:

{{subst:Aviso referencias|

Redes de Bravais}} ~~~~En geometra y cristalografa las redes de Bravais son una disposicin infinita de puntos discretos cuya estructura es invariante bajo cierto grupo de traslaciones. En la mayora de casos tambin se da una invariancia bajo rotaciones o simetra rotacional. Estas propiedades hacen que desde todos los nodos de una red de Bravais se tenga la misma perspectiva de la red. Se dice entonces que los puntos de una red de Bravais son equivalentes. Mediante teora de grupos se ha demostrado que slo existe una nica red de Bravais unidimensional, 5 redes bidimensionales y 14 modelos distintos de redes tridimensionales. La red unidimensional es elemental siendo sta una simple secuencia de nodos equidistantes entre s. En dos o tres dimensiones las cosas se complican ms y la variabilidad de formas obliga a definir ciertas estructuras patrn para trabajar cmodamente con las redes.

Para generar stas normalmente se usa el concepto de celda primitiva. Las celdas unitarias, son paralelogramos (2D) o paraleleppedos (3D) que constituyen la menor subdivisin de una red cristalina que conserva las caractersticas generales de toda la retcula, de modo que por simple traslacin de la misma, puede reconstruirse la red al completo en cualquier punto. Una red tpica R en tiene la forma:

donde {a1,..., an} es una base en el espacio Rn. Puede haber diferentes bases que generen la misma red pero el valor absoluto del determinante de los Vector (espacio eucldeo)vectores ai vendr siempre determinado por la red por lo que se lo puede representar como d(R).Contenido[ocultar]

1 Caractersticas de las celdas unitarias y las celdas convencionales 2 Redes bidimensionales 3 Redes tridimensionales 4 Base atmica 5 Vase tambin

6 Enlaces externos

[editar]Caractersticas

de las celdas unitarias y las celdas convencionales

Las celdas unitarias se pueden definir de forma muy simple a partir de dos vectores (2D) o tres vectores (3D). La construccin de la celda se realiza trazando las paralelas de estos vectores desde sus extremos hasta el punto en el que se cruzan. Existe un tipo de celda unitaria que se construye de un modo distinto y que presenta ciertas ventajas en la visualizacin de la red ya que posee la misma simetra que la red, es la celda de WignerSeitz. Una celda unitaria se caracteriza principalmente por contener un nico nodo de la red de ah el adjetivo de "unitaria". Si bien en muchos casos existen distintas formas para las celdas unitarias de una determinada red el volumen de toda celda unitaria es siempre el mismo. En ocasiones resulta ms sencillo construir otro tipo de celdas que sin ser unitarias describen mejor la estructura de la red que tratamos. Este tipo de celdas se denominan celdas convencionales. stas tienen, a su vez, sus propios parmetros de red y un volumen determinado. Todas estas celdas se consideran celdas primitivas ya que son capaces de

cubrir todo el espacio mediante traslaciones sin que queden huecos ni solapamientos. Sus diferencias o caractersticas son las siguientes:

Empaquetamiento compacto: Esto es cuando los tomos de la celda estn en contacto unos con otros. No siempre ser as y en muchos casos mediar una distancia mnima entre las nubes electrnicas de los diferentes tomos. Parmetro de red: Es la longitud de los lados de la celda unitaria. Puede haber tan solo uno, dos o hasta tres parmetros de red distintos dependiendo del tipo de red de bravais que tratemos. En las estructuras ms comunes se representa con la letra a y con la c en caso de haber dos. Nodos o tomos por celda: Tal y como dice el nombre es el nmero de nodos o tomos que posee cada celda. Una celda cuadrada, por ejemplo, poseer un nodo por celda ya que cada esquina la comparte con cuatro celdas ms. De hecho si una celda posee ms de un nodo de red es que no es unitaria, en cambio si posee ms de un tomo por celda pudiera ser que estuvisemos en una celda unitaria pero con una base atmica de ms de un tomo. Nmero de coordinacin: Es el nmero de puntos de la red ms cercanos, los primeros vecinos, de un nodo de la red. Si se trata de una estructura con empaquetamiento compacto el nmero de coordinacin ser el nmero de tomos en contacto con otro. El mximo es 12. Factor de empaquetamiento: Fraccin del espacio de la celda unitaria ocupada por los tomos, suponiendo que stos son esferas slidas.

Donde f es el factor de empaquetamiento o fraccin de volumen ocupado, n el nmero de tomos por celda, v el volumen del tomo y Vc el volumen de la celda. Normalmente se suele dar el factor de empaquetamiento compacto para las diferentes celdas como indicador de la densidad de tomos que posee cada estructura cristalina. En este caso los tomos se tratan como esferas rgidas en contacto con sus vecinos ms cercanos. Densidad: A partir de las caractersticas de la red, puede obtenerse la densidad terica del material que conforma la red mediante la siguiente expresin.

Donde es la densidad, NA el nmero de Avogadro y m la masa atmica. Volumen de la celda unitaria primitiva: Toda celda unitaria tiene el mismo volumen representado por la siguiente frmula. de la base de la red. Donde a son los vectores

[editar]Redes

bidimensionales

Segn los ngulos y la distancia entre los nodos se distinguen 5 redes distintas.

[editar]Redes

tridimensionales

Cristal de sulfato de cobre. Se aprecia que el cristal no crece uniformemente sino que existen planos que han crecido con mayor rapidez.

En funcin de los parmetros de la celda unitaria, longitudes de sus lados y ngulos que forman, se distinguen 7 sistemas cristalinos.

Ahora bien, para determinar completamente la estructura cristalina elemental de un slido, adems de definir la forma geomtrica de la red, es necesario establecer las posiciones en la celda de los tomos o molculas que forman el slido cristalino; lo que se denominan puntos reticulares. Las alternativas son las siguientes:

P: Celda primitiva o simple en la que los puntos reticulares son slo los vrtices del

paraleleppedo.

F: Celda centrada en las caras, que tiene puntos reticulares en las caras, adems

de en los vrtices. Si slo tienen puntos reticulares en las bases, se designan con las letras A, B o C segn sean las caras que tienen los dos puntos reticulares.

I: Celda centrada en el cuerpo que tiene un punto reticular en el centro de la celda,

adems de los vrtices.

C: Primitiva con ejes iguales y ngulos iguales hexagonal doblemente centrada

en el cuerpo, adems de los vrtices. Combinando los 7 sistemas cristalinos con las disposiciones de los puntos de red mencionados, se obtendran 28 redes cristalinas posibles. En realidad, como puede demostrarse, slo existen 14 configuraciones bsicas, pudindose el resto obtener a partir de ellas. Estas estructuras se denominan redes de Bravais.

Sistema cristalino

Redes de Bravais

P

triclnico

monoclnico

P

C

P

C

I

F

ortorrmbico

P

I

tetragonal

P

rombodrico (trigonal)

hexagonal

P

P

I

F

cbico

[editar]Base

atmica

En el caso ms sencillo, a cada punto de red le corresponder un tomo, pero en estructuras ms complicadas, como materiales cermicos y compuestos, cientos de tomos pueden estar asociados a cada punto de red formando celdas unitarias extremadamente complejas. La distribucin de estos tomos o molculas adicionales se denomina base atmica y esta nos da su distribucin dentro de la celda unitaria.

Existen dos casos tpicos de bases atmicas. La estructura del diamante y la hexagonal compacta. Para redes bidimensionales un caso ejemplar sera el grafito cuya estructura sigue un patrn de red en panal.

EstructuraCbica simple (CS) Cbica centrada en el cuerpo (CC) Cbica centrada en las caras (CCC) Hexagonal compacta (HC)

a (r)a = 2r a= 4r/3 a= 4r/2 a = 2r c/a = 1,633

Nmero de Factor de coordinacin empaquetamiento6 8 12 0,52 0,68 0,74 Po

Ejemplos

Fe, Ti, W, Mo, Nb, Ta, K, Na, V, Cr, Zr Cu, Al, Au, Ag, Pb, Ni, Pt

12

0,74

Ti, Mg, Zn, Be, Co, Zr, Cd

A pesar de la existencia de la nomenclatura espaola, la inglesa est mucho ms extendida. Los acrnimos ingleses son los siguientes. sc: cbica simple bcc: cbica centrada en el cuerpo fcc: cbica centrada en las caras hcp: hexagonal compacta

ndice de MillerEste artculo o seccin necesita referencias que aparezcan en una publicacin acreditada, como revistas especializadas, monografas, prensa diaria o pginas de Internet fidedignas.Puedes aadirlas as o avisar al autor principal del artculo en su pgina de discusin pegando:

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ndice de Miller}} ~~~~

Planos con distintos ndices de Miller en cristales cbicos.

Para poder identificar unvocamente un sistema de planos cristalogrficos se les asigna un juego de tres nmeros que reciben el nombre de ndices de Miller. Los ndices de un sistema de planos se indican genricamente con las letras (h k l) Los ndices de Miller son nmeros enteros, que pueden ser negativos o positivos, y son primos entre s. El signo negativo de un ndice de Miller debe ser colocado sobre dicho nmero.[editar]Obtencin

de los ndices de Miller Se determinan las intersecciones del plano con los ejes cristalogrficos. Para poder

1.

determinarlas se utiliza como unidad de medida la magnitud delparmetro de red sobre cada eje. 2. 3. 4. Se consiguen los recprocos de las intersecciones. Se determinan los enteros primos entre s que cumplan con las mismas relaciones. tienen que ser enteros

Supongamos una red con parmetros de red: a b c Tenemos un plano que se interseca con los ejes x, y, z -estos ejes tambin se pueden designar con las letras a, b y c- en los puntos 1a 1/2b 2c respectivamente.

Entonces realizamos el recproco de las intersecciones: 1a, 1/2b, 2c y de ahora en adelante trabajamos slo con los nmeros, es decir: 1, 1/2, 2. Determinamos los enteros primos entre s que cumplan las mismas relaciones: Esto lo logramos multiplicando por el m.c.m. (mimimo comn mltiplo) es decir(1 1/2 2) = (2 1 4) (Ntese que cumplen con las caractersticas de los ndices de Miller: Enteros y primos entre s) Entonces los ndices de Miller para el sistema de planos del ejemplo es: (2 1 4)

Parmetro de redEl parmetro de red hace referencia a la distancia constante entre las celdas unitarias en una estructura cristalina. Las estructuras o redes en tres dimensiones generalmente tienen tres parmetros de red, a, b y c. Sin embargo, en el caso especial de redes cbicas, todos los parmetros son iguales, con lo cual nos referimos a ellos como a. Del mismo modo, en las estructuras cristalinas hexagonales, los parmetros a y b son iguales, por lo que nicamente consideraremos a y c. En el crecimiento epitaxial, el parmetro de red es una medicin de la compatibilidad estructural entre diferentes materiales. Ya que los parmetros de red tienen dimensiones de longitud, su unidad en el sistema internacional es el metro. No obstante, suelen darse en submltiplos como el nanmetro o el angstrom. La coincidencia de parmetros de red es importante para hacer crecer capas finas de unos materiales sobre otros; cuando estos parmetros son diferentes se forman irregularidades en la capa y se hace imposible hacer crecer nuevas capas sin defectos. La coincidencia de parmetros de red entre dos materiales semiconductores permite formar una regin con un ancho de banda prohibida distinto sin variar la red cristalina. De este modo se construyenLEDs y diodos lser. Por ejemplo, el GaAs, el AlGaAs y el AlAs tienen parmetros de red casi idnticos, haciendo posible crecer capas de cualquier grosor unas encima de otras. Los parmetros de red pueden ser medidos mediante difraccin por rayos X.

Espectroscopia Raman

Diagrama de nivel de energa mostrando los estados implicados en la seal de Raman. El grososr de la lnea es proporcional a la fuerza de la seal de las diferentes transiciones.

La espectroscopia Raman (llamada as por C.V. Raman) es una tcnica espectroscpica usada en qumica y fsica de la materia condensada para estudiar modos de baja frecuencia como los vibratorios, rotatorios, y otros.1 Se basa en los fenmenos de dispersin inelstica, o dispersin Raman, de la luz monocromtica, generalmente de un lser en el rango deluz visible, el infrarrojo cercano, o el rango ultravioleta cercano. La luz lser interacta con fotones u otras excitaciones en el sistema, provocando que la energa de los fotones del lser experimenten un desplazamiento hacia arriba o hacia abajo. El desplazamiento en energa da informacin sobre los modos del fonn en el sistema. La espectroscopia infrarroja proporciona una informacin similar, pero complementaria. Tpicamente, una muestra es iluminada con un rayo lser. La luz del punto iluminado es recogida con un lente y es enviada a un monocromador. Debido a la dispersin elstica de Rayleigh, las longitudes de onda cercanas a la lnea del lser son filtradas, mientras que el resto de la luz recogida es dispersada sobre un detector. La dispersin Raman espontnea es tpicamente muy dbil, y como resultado la principal dificultad de la espectroscopia Raman est en separar la debil inelsticamente dispersada luz, de la intensa luz lser dispersada de Rayleigh. Histricamente, los espectrmetros de Raman usaban rejillas difractoras hologrficas y mltiples etapas de dispersin para alcanzar un alto grado de rechazo del lser. En el pasado, los fotomultiplicadores era los detectores elegidos para las configuraciones de dispersores Raman, lo que resultaba en largos tiempos de adquisicin. Sin embargo, la instrumentacin moderna casi universalmente emplea filtros notch o de deteccin de borde para el rechazo del lser y los espectrgrafos (como Czerny-Turner, echelle o basados en FT) y los detectores de CCD.

Hay un nmero de tipos avanzados de espectroscopia Raman, incluyendo la superficie realzada Raman, punta realzada Raman, Raman polarizado, Raman estimulado (anlogo a la emisin estimulada), transmisin Raman, espacial compensado Raman, y la hiper-Raman.