Crystal Diffraction (繞射模擬器)¶
Crystal Diffraction (繞射模擬器) 可模擬單晶 X 光、中子與電子繞射圖樣。
此視窗左側為繞射圖樣的繪圖區，右側為各反射性質的設定面板（波長、入射束、強度計算、外觀等）。波長與入射束的組合決定擷取模式（X 光繞射、SAED、PED、CBED），而右側面板會隨之重新配置。
本頁與各模式頁面如何分工¶
- 本頁（樞紐頁）：彙整每個模式共通的操作（快速鍵、選單、工具列、螢幕/偵測器資訊、疊加層索引標籤、反射資訊、偵測器幾何、動態壓縮）。
- 各模式頁面：涵蓋選取該模式時右側出現的所有設定（波長、入射束、強度計算、外觀、布洛赫波設定、進動設定等），因此每一頁皆能獨立閱讀（模式之間有部分重疊）。
| 模式 | 內容 | 頁面 |
|---|---|---|
| X 光（與中子）繞射 | 單晶 X 光 / 中子繞射圖樣（平行、進動 X 光、背反射勞厄） | X 光繞射模擬 |
| SAED | 平行束電子繞射（選區電子繞射） | SAED 模擬 |
| PED | 進動電子繞射 | PED 模擬 |
| CBED | 會聚束電子繞射 | CBED 模擬 |
模式快速對照¶
依波長（射源）與入射束的組合，查找您所需的頁面。
| 波長 | 入射束 | 模式 | 頁面 |
|---|---|---|---|
| 電子 | 平行 | SAED | SAED 模擬 |
| 電子 | 進動（電子 = PED） | PED | PED 模擬 |
| 電子 | 會聚（CBED） | CBED | CBED 模擬 |
| X 光 | 平行 | X 光繞射 | X 光繞射模擬 |
| X 光 | 進動（X 光） | 進動 X 光（進動相機） | X 光繞射模擬 |
| X 光 | 背反射勞厄（X 光） | 背反射勞厄 | X 光繞射模擬 |
| 中子 | 平行 | 中子繞射 | X 光繞射模擬的中子章節 |
Note：入射束的選項會隨波長而變。電子：平行、進動（電子 = PED）、會聚（CBED）；X 光：平行、進動（X 光）、背反射勞厄；中子：僅平行。選取進動（電子 = PED）或會聚（CBED）時，強度計算會自動切換為 Dynamical。
鍵盤與滑鼠快速鍵¶
下列適用於 X 光、SAED 與 PED 模擬共用的繞射圖樣視窗。在圖樣上拖曳會旋轉晶體。此處沒有滑鼠滾輪縮放——請以右鍵點按 / 右鍵拖曳進行縮放。
| 快速鍵 | 動作 |
|---|---|
| F1 | 開啟線上手冊的本頁 |
| 在中心附近左鍵拖曳 | 傾斜晶體 |
| 在外圍區域左鍵拖曳 | 繞束軸旋轉晶體 |
| 左鍵雙擊某一反射 | 顯示反射詳細資訊（指數、d、結構因子、偏離向量） |
| 中鍵拖曳 | 平移圖樣 |
| CTRL + 中鍵拖曳 | 移動偵測器中心（顯示偵測器區域時） |
| 右鍵點按 | 縮小 |
| 右鍵拖曳出方框 | 放大至所選區域 |
| 右鍵雙擊狀態列 | 複製目前設定的文字摘要 |
| 右鍵雙擊已點亮的圖層按鈕（繞射點 / 菊池線 / 德拜環 / 比例尺） | 使該圖層閃爍開關 |
從此處開啟的輔助視窗另外增加了幾項：
| 快速鍵 | 動作 |
|---|---|
| 左鍵雙擊極網 — TEM holder | 將試樣台傾斜設為該點 |
| 方向鍵 — TEM holder | 逐步調整試樣台傾斜（先勾選 Arrow keys） |
拖放 .prm 檔或影像 — Detector geometry |
載入偵測器幾何 / 疊加影像 |
拖放 .txt 曲線 — Dynamic compression |
載入壓力/時間曲線（拖曳圖中的紅線以掃描） |
主視窗的應用程式層級 CTRL+SHIFT 快速鍵在此視窗取得焦點時也同樣有效（見主視窗）。
→ 各視窗一覽請見 21. 鍵盤與滑鼠快速鍵。
依目標的快速路徑¶
| 目標 | 從何處開始 | 參考 |
|---|---|---|
| 產生平行束電子繞射（SAED） | 將 Incident beam 設為 Parallel，Wavelength 設為電子 | SAED 模擬、平行束 SAED 計算 |
| 產生單晶 X 光繞射 | 將 Wavelength 切換為 X 光 / 同步輻射 | X 光繞射模擬 |
| 產生進動電子繞射（PED） | 將 Incident beam 設為 Precession (electron)，再設定半角與步階 | PED 模擬 |
| 產生會聚束電子繞射（CBED） | 將 Incident beam 設為 Convergence (CBED, electron only)，並在 CBED 視窗中設定條件 | CBED 模擬、CBED 計算 |
| 檢視動力學計算所得的反射清單 | 選取 Dynamical 並開啟 繞射點詳情 或 Details | 動力學計算（共用核心） |
| 將偵測器幾何與實驗影像比對 | 從 Details 開啟偵測器幾何設定，並使用疊加影像 | 偵測器座標系 |
主區域¶
繞射圖樣於畫面中央進行模擬。
滑鼠操作¶
見本頁開頭的「鍵盤與滑鼠快速鍵」。
滑鼠位置¶
對應游標位置的資訊（游標 q、d、2θ、方位角等）會顯示於圖樣上方的狀態列。勾選 Details 可加入更詳細的資訊（最近反射的 (hkl)、偏離向量、結構因子等）。
檔案選單¶
| 選單項目 | 說明 |
|---|---|
| Save | 將顯示的繞射圖樣存成檔案。 |
| Save detector area | 僅儲存偵測器區域的裁切。 |
| Copy | 將顯示的影像複製到剪貼簿。 |
| Copy detector area | 僅複製偵測器區域的裁切。 |
預設組合¶
將完整的模擬器組態——波長、偵測器幾何、索引標籤設定、反射性質等——存成預設集並隨時叫回。可用於在不同儀器 / 擷取模式之間快速切換。
工具列¶
| 按鈕 | 說明 |
|---|---|
| 繞射點 | 顯示 / 隱藏繞射斑點圖層 |
| 菊池線 | 顯示 / 隱藏菊池線圖層 |
| 德拜環 | 顯示 / 隱藏德拜環圖層 |
| 比例尺 | 顯示 / 隱藏刻度線圖層 |
| Index / d / 1/d / 距離 / 2θ / χ / 激發誤差 / Structure factor | 選擇附加於每個斑點的標籤 |
螢幕與偵測器資訊¶
螢幕¶
| 項目 | 說明 |
|---|---|
| Resolution | 單一像素的大小（mm）。它不必是實際的偵測器像素大小；它被視為顯示比例，並在以滑鼠縮放時自動更新。 |
| Size (W×H) | 繪圖區的像素寬度與高度。視您的顯示器解析度而定，過大的數值可能無法設定。 |
| Set centre / Fix centre | 將圖樣中心設為繪圖區中的任一像素，並於需要時將其固定。固定後，中心無法以滑鼠平移移動。 |
| Horizontal flip / Vertical flip / Negative image | 對顯示圖樣進行幾何翻轉（水平 / 垂直）與對比反轉。用以匹配實驗影像的方向或對比。 |
| Reciprocal space | 在圖樣上疊加厄瓦爾德球與倒易點陣向量，可視化哪些反射被激發。 |
偵測器（相機長度）¶
- Camera length ：試樣到偵測器的距離（mm）。
- Details ：開啟偵測器幾何設定視窗（見下方偵測器幾何）。
Misc¶
- Rotation sensitivity ：滑鼠每拖曳一像素的晶體旋轉量。
- TEM 試樣台模擬 ：開啟與試樣台連動的模擬視窗（見下文）。
TEM 試樣台模擬¶
開啟一個將繞射圖樣與雙傾（或旋轉）TEM 試樣台 連動的視窗。設定試樣台傾斜角會更新圖樣與晶體取向，且可達的取向可在極網上顯示（v4.914 新增）。在極網上左鍵雙擊會將試樣台傾斜設為該點，而勾選 Arrow keys 可讓方向鍵逐步調整傾斜。
繪圖疊加層索引標籤¶
一般¶
設定斑點、標籤、菊池線、德拜環及其他疊加層的顏色。此處的設定適用於所有繪製模式。
菊池線¶
於工具列啟用菊池線時生效。
- Reflection selection ：選擇由哪些反射產生菊池線。可選 structure factor（依 \(\lvert F_{hkl}\rvert\) 排序的前 N 個反射）或 1/d cutoff（所有 1/d 低於門檻 (nm⁻¹) 的反射）。
- Line appearance ：設定線寬、菊池線顏色，以及 Draw with kinematical intensity（依反射的運動學強度縮放線條深淺）。
- Threshold ：舊版參數。僅對 d 大於指定值的反射執行菊池線計算（為相容性而保留）。
德拜環¶
於工具列啟用德拜環時生效。
- Ignore diffraction intensity ：若勾選，所有德拜環以相同顏色與強度繪製（忽略晶體結構因子）。可用於純幾何比較。
- Show index label ：若勾選，(hkl) 會出現在每個環附近。
比例尺¶
於工具列啟用刻度線時生效。
- 2θ / Azimuth scale lines ：2θ 代表固定散射角（同心圓），Azimuth 代表固定方位角（自中心放射的徑向線）。兩者顏色可獨立設定。
- Line width ：刻度線的粗細。
- Division ：相鄰刻度線之間的角度間隔。
- Show scale labels ：是否在刻度線上繪製數值標籤。
Misc¶
雜項設定，例如滑鼠旋轉靈敏度。
- Mouse sensitivity ：滑鼠每拖曳一像素的晶體旋轉量。
繞射斑點資訊¶
列出以布洛赫波法（Dynamical 計算）所算得的逐反射詳細資訊。以 繞射點詳情 按鈕（強度計算面板）或 Details 核取方塊開啟。
示意圖與定義¶
示意圖（左上）顯示厄瓦爾德球上的向量，並定義表中所用的量（\(\hat{\mathbf{n}}\) 為試樣表面的單位法向量，\(\mathbf{k}\) 為入射波向量，\(\mathbf{g}\) 為倒易點陣向量）。
- \(P_g = 2\,\hat{\mathbf{n}} \cdot (\mathbf{k} + \mathbf{g})\)
- \(Q_g = |\mathbf{k}|^2 - |\mathbf{k} + \mathbf{g}|^2 = -\mathbf{g} \cdot (2\mathbf{k} + \mathbf{g})\)
- 偏離向量： \(S_g = \dfrac{\sqrt{P_g^2 + 4 Q_g} - P_g}{2}\)
- 評估函式： \(R = |\mathbf{g}|\, Q_g^2\) ——依反射被激發的強弱排序（越小 = 越靠近厄瓦爾德球 = 激發越強；穿透束 \(g=0\) 的 \(R=0\) 並排在最前）。表格按 \(R\) 遞增排序。
表格欄位¶
| 欄位 | 意義 |
|---|---|
| R | 評估函式 \(R = \lvert\mathbf{g}\rvert\, Q_g^2\)（如上；用於選取 / 排序反射） |
| h, k, (i,) l | 米勒指數（i 為冗餘的六方指數，僅對六方晶體顯示） |
| d | 晶面間距（nm） |
| gX, gY, gZ | 倒易點陣向量 g 的分量（1/nm） |
| |g| | g 的大小（1/nm） |
| Vg re / Vg im | 彈性散射的晶體位能傅立葉係數，\(V_g\)（實部 / 虛部） |
| V'g re / V'g im | 熱漫散射 (TDS) 的虛部（吸收）位能，\(V'_g\)（實部 / 虛部） |
| Sg | 偏離向量 \(S_g\)（如上；1/nm） |
| Pg | 輔助量 \(P_g = 2\,\hat{\mathbf{n}}\cdot(\mathbf{k}+\mathbf{g})\)（如上） |
| Qg | 輔助量 \(Q_g = -\mathbf{g}\cdot(2\mathbf{k}+\mathbf{g})\)（如上） |
| Φ re / Φ im | 出射面上動力學繞射波的複數振幅 \(\Phi\)（實部 / 虛部） |
| |Φ|^2 | 該反射的繞射強度 \(\lvert\Phi\rvert^2\) |
| Σ|Φ|^2 | \(\lvert\Phi\rvert^2\) 的累計和（對所有反射的總和；可作為強度守恆檢查） |
位能單位與其他控制項¶
- Unit of potential ：在 Vg [eV]（靜電位能，eV）與 Ug [nm⁻²]（進入布洛赫波方程式的縮放量 \(U_g = (2 m_0/h^2)\, V_g\)）之間切換所顯示的位能。欄位標題會隨之在 Vg / V'g 與 Ug / U'g 之間變換。
- 表格上方顯示加速電壓、波長（\(\lambda = 1/k_\text{vac}\)）、相對論質量比 \(m/m_0\)、速度比 \(v/c\)、點陣體積、試樣厚度，以及（在 CBED 模式下）電子束的最大半角。
- Note 1： 長度單位為 nm，非 Å。Note 2： 波數單位為 1/nm，非 2π/nm。
- Effective digit ：表格中顯示的有效位數。Auto resize row width ：自動調整欄寬。Copy to clipboard ：將表格匯出為可貼入試算表的文字。（即使在日文介面下，此表單仍以英文顯示。）
偵測器幾何¶
用於詳細設定偵測器幾何（相機長度、傾斜、旋轉）及疊加實驗影像的視窗。從 Detector geometry 面板中的 Details 開啟。
偵測器幾何設定¶
指定反射幾何，例如相機長度與偵測器傾斜（Tau / Phi）。對於背反射勞厄（Back Laue），請在此設定將偵測器置於射源側的幾何。
偵測器區域與疊加影像¶
指定偵測器的有效區域，並拖放實驗影像以將其疊加。可用此將模擬圖樣與實驗影像疊加，並微調偵測器幾何。
座標系的定義另見偵測器座標系。
動態壓縮¶
用於掃描高壓（動態壓縮）實驗壓力/時間曲線的視窗。將 .txt 壓力/時間曲線拖放到此視窗以載入，再拖曳圖中的紅線即可連續掃描時間（壓力），同時在繞射圖樣中反映對應的狀態。