ಸ್ಫಟಿಕವಿಜ್ಞಾನ

ಪರಮಾಣುಗಳ ಜೋಡಣೆಯ ಪರಿಭಾಷೆಯಲ್ಲಿ, ಸ್ಫಟಿಕವಿಜ್ಞಾನ ಎಂದರೆ ದ್ರವ್ಯದ ಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ವಿವರಿಸುವ ಸಲುವಾಗಿ ಸ್ಫಟಿಕಗಳಲ್ಲಿ ಹಾಗೂ ಕಡಿಮೆ ಕ್ರಮಬದ್ಧವಾದ (ಲೆಸ್ ಆರ್ಡರ್ಡ್) ದ್ರವ್ಯಗಳಲ್ಲಿ ಪರಮಾಣುಗಳ ಜೋಡಣೆಯನ್ನು ಅಧ್ಯಯಿಸುವ ವಿಜ್ಞಾನ (ಕ್ರಿಸ್ಟಲೊಗ್ರಫಿ). ಮೂಲತಃ ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಅಧ್ಯಯನಕ್ಕೆ ಮಾತ್ರ ಸೀಮಿತವಾಗಿದ್ದುದರಿಂದ ಈ ಹೆಸರು.

ಮುಖ ಕೇಂದ್ರಿತ ಘನ ರಚನೆಯಲ್ಲಿ ಆಕ್ಟಾಹೆಡ್ರಲ್ ಮತ್ತು ಟೆಟ್ರಹೆಡ್ರಲ್ ಅಂತರಾಲಿ ತಾಣಗಳು

ವ್ಯವಸ್ಥಿತ ಸಂರಚನೆಯುಳ್ಳ ಸ್ಫಟಿಕಗಳನ್ನು ಅಧ್ಯಯಿಸಲೋಸುಗ ರೂಪುಗೊಂಡ ಈ ವಿಜ್ಞಾನ ಕ್ರಮೇಣ ತನ್ನ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನು ಜೀವಿಗಳ ಕೋಶಗಳು, ಅಧಿವಾಹಕಗಳು, ಪ್ರೋಟೀನ್ ಅಣುಗಳು, ಸರ‍್ಯಾಮಿಕ್ಸ್, ದ್ರವಸ್ಫಟಿಕಗಳು, ತಂತುಗಳು, ಅಸ್ಫಟಿಕೀಯ ತೆಳು ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳು, ಪೊರೆಗಳು, ವೈರಸ್‌ಗಳು, ಗಾಜು ಮುಂತಾದ ಬಗೆಬಗೆಯ ಪದಾರ್ಥಗಳಿಗೆ ವಿಸ್ತರಿಸಿಕೊಂಡಿತು. ಪದಾರ್ಥದ ಗಾತ್ರ ಹಾಗೂ ಸಂಕೀರ್ಣತೆ ಏನೇ ಇದ್ದರೂ ಸಂರಚನೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಅನೇಕ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳಿಗೆ ಸ್ಫಟಿಕವಿಜ್ಞಾನಿ ವಿಶ್ವಾಸಾರ್ಹ ಉತ್ತರ ನೀಡಬಲ್ಲ. ಎಂದೇ, ರಸಾಯನವಿಜ್ಞಾನ, ಭೌತವಿಜ್ಞಾನ, ಜೀವವಿಜ್ಞಾನ, ಲೋಹವಿಜ್ಞಾನ, ಭೂವಿಜ್ಞಾನ, ಔಷಧವಿಜ್ಞಾನ ಮುಂತಾದ ಅನೇಕ ವಿಜ್ಞಾನ ಶಾಖೆಗಳಲ್ಲಿ ಸ್ಫಟಿಕವಿಜ್ಞಾನದ ಅನ್ವಯ ಉಂಟು.

ವಿಧಾನ

ಅಧ್ಯಯಿಸಬೇಕಾದ ಪದಾರ್ಥದ ಪ್ರತಿಚಯವನ್ನು (ಸ್ಯಾಂಪಲ್) ಯುಕ್ತ ಬಗೆಯ ದೂಲದಿಂದ ತಾಡಿಸಿದಾಗ ಲಭಿಸುವ ವಿವರ್ತನ ಪ್ರರೂಪಗಳನ್ನು (ಡಿಫ್ರ್ಯಾಕ್ಷನ್ ಪ್ಯಾಟರ್ನ್ಸ್) ವಿಶ್ಲೇಷಿಸುವುದು ಎಲ್ಲ ಸ್ಫಟಿಕವಿಜ್ಞಾನ ವಿಧಾನಗಳ ಪ್ರಧಾನ ತಂತ್ರ. ಎಕ್ಸ್-ಕಿರಣ ದೂಲದ ಬಳಕೆ ವ್ಯಾಪಕ. ಶಕಲಬಲವಿಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿ (ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಮೆಕ್ಯಾನಿಕ್ಸ್) ವಿವರಿಸಿರುವಂತೆ ಕಣಗಳಿಗೆ ತರಂಗಲಕ್ಷಣಗಳೂ ಇರುವುದರಿಂದ ಕೆಲವು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಸನ್ನಿವೇಶಗಳಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅಥವಾ ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ ದೂಲವನ್ನೂ ಬಳಸುವುದುಂಟು. ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಪರಮಾಣುಗಳ ಸುತ್ತಲೂ ಇರಬಹುದಾದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮೋಡಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರಿಸಲು ಎಕ್ಸ್-ಕಿರಣ ಉಪಯುಕ್ತ; ಪರಮಾಣು ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸನ್ನು ನೋಡಲು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ ದೂಲ ಉಪಯುಕ್ತ. ಎಕ್ಸ್ ಕಿರಣ ಹೊರತುಪಡಿಸಿ ಬೇರೆ ಬಗೆಯ ದೀಪನ ಬಳಸಿದ್ದರೆ ಸ್ಫಟಿಕವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ತಾವು ಅನುಸರಿಸಿದ ವಿಧಾನ ಉಲ್ಲೇಖಿಸುವಾಗ ಅದನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಸೂಚಿಸುತ್ತಾರೆ. ಉದಾ: ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ ವಿವರ್ತನೆ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವಿವರ್ತನೆ. ದ್ರವ್ಯದ ಸಂರಚನೆ ಮತ್ತು ಲಕ್ಷಣಗಳ ರಹಸ್ಯವನ್ನು ಭೇದಿಸಲು ಆಧುನಿಕ ಸ್ಫಟಿಕವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಪರಮಾಣವಿಕ ಬಲ ಸೂಕ್ಷ್ಮದರ್ಶನ (ಅ್ಯಟಾಮಿಕ್ ಫ಼ೋರ್ಸ್ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಕೊಪಿ), ಅಣು ಪ್ರತಿಕೃತಿ ರೂಪಣೆ (ಮಾಲೆಕ್ಯುಲರ್ ಮಾಡೆಲಿಂಗ್), ಉಚ್ಚ ಮತ್ತು ನೀಚ ತಾಪ ಅಧ್ಯಯನಗಳು, ಉಚ್ಚಸಂಮರ್ದ ವಿವರ್ತನೆ ಮತ್ತು ಆಕಾಶದಲ್ಲಿ (ಸ್ಪೇಸ್) ಸೂಕ್ಷ್ಮಗುರುತ್ವ (ಮೈಕ್ರೊ ಗ್ರ್ಯಾವಿಟಿ) ಪ್ರಯೋಗಗಳು ಇವೇ ಮುಂತಾದ ಸಂಕೀರ್ಣ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಬಳಸುವುದೂ ಉಂಟು.

ದ್ರವ್ಯದಲ್ಲಿ ಪರಮಾಣುಗಳು ಹೇಗೆ ಜೋಡಣೆಯಾಗಿವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಸ್ಪಷ್ಟಪಡಿಸುವ ಬಿಂಬ ಉತ್ಪಾದಿಸುವುದು ಸ್ಫಟಿಕವಿಜ್ಞಾನಿಯ ಗುರಿ. ಮಸೂರಗಳ ನೆರವಿನಿಂದ (ಉದಾ: ಸೂಕ್ಷ್ಮದರ್ಶಕ) ಬಿಂಬೋತ್ಪಾದನೆ ಮಾಡುವುದು ಎಲ್ಲರಿಗೂ ಪರಿಚಿತ ವಿಧಾನ. ಪರಮಾಣುಗಳ ಗಾತ್ರ ಮತ್ತು ಪರಮಾಣವಿಕ ಬಂಧಗಳ ಉದ್ದಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದಾಗ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸೂಕ್ಷ್ಮದರ್ಶಕ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸೂಕ್ಷ್ಮದರ್ಶಕಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸುವ ವಿಕಿರಣದ ಅಲೆಯುದ್ದಗಳು ಅತಿ ಹೆಚ್ಚಿನವು. ಆದ್ದರಿಂದ, ಈ ತಂತ್ರಗಳಿಂದ ಸ್ಫುಟವಾದ ಉದ್ದೇಶಿತ ಬಿಂಬ ಪಡೆಯಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ವಿಕಿರಣದ ಅಲೆಗಳನ್ನು ನಾಭೀಕರಿಸಲು (ಫೋಕಸ್) ಬಳಸುವ ಪದಾರ್ಥದ ಗುಣಗಳೂ ಬಿಂಬದ ಸ್ಫುಟತೆಯನ್ನು ಪ್ರಭಾವಿಸುವುದರಿಂದ ಸಮಸ್ಯೆ ಹೆಚ್ಚು ಜಟಿಲವಾಗಿದೆ. ಅಪೇಕ್ಷಿತ ಅಲೆಯುದ್ದದ ವಿಕಿರಣವನ್ನು ನಾಭೀಕರಿಸಬಲ್ಲ ಮಸೂರ ನಿರ್ಮಾಣಕ್ಕೆ ಬೇಕಾದ ಪದಾರ್ಥವೇ ಇಲ್ಲ. ಆದ್ದರಿಂದ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸೂಕ್ಷ್ಮದರ್ಶನ ತಂತ್ರಗಳು ನಿರುಪಯುಕ್ತ. (ಚಿನ್ನದಿಂದ ಮಾಡಿದ ಸೂಕ್ಷ್ಮವಾದ ಫ಼್ರೆಸ್ನೆಲ್ ವಲಯ ಫಲಕಗಳ ನೆರವಿನಿಂದ ಎಕ್ಸ್ ಕಿರಣಗಳನ್ನು ತಕ್ಕಮಟ್ಟಿಗೆ ನಾಭೀಕರಿಸುವುದರಲ್ಲಿ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಇತ್ತೀಚೆಗೆ ಯಶಸ್ವಿಗಳಾಗಿದ್ದಾರೆ). ವಿವರ್ತನೆ-ಆಧಾರಿತ ಬಿಂಬದಲ್ಲಿ ನಾಭೀಕರಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲದಷ್ಟು ಚಿಕ್ಕ ಅಲೆಯುದ್ದದ ವಿಕಿರಣಗಳ ಬಳಕೆ ಸಾಧ್ಯ.

ವಿವರ್ತನ ಪ್ರರೂಪದಿಂದ ಬಿಂಬೋತ್ಪಾದನೆಗೆ ಸಂಕೀರ್ಣಗಣಿತ ಮತ್ತು ‘ಪ್ರತಿಕೃತಿ ನಿರ್ಮಾಣ ಹಾಗೂ ಸಂಸ್ಕಾರ’ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಪುನರಾವರ್ತನೆ ಆವಶ್ಯಕ. ಸಂಭವನೀಯ ಸಂರಚನೆಗಳನ್ನು ಪ್ರಕಲ್ಪಿಸುವಿಕೆ, ಅವು ಉತ್ಪಾದಿಸಬಲ್ಲ ವಿವರ್ತನ ಪ್ರರೂಪಗಳನ್ನು ಗಣಿತೀಯವಾಗಿ ಲೆಕ್ಕಿಸಿ ಭವಿಷ್ಯ ನುಡಿಯುವಿಕೆ, ಸ್ಫಟಿಕದ ಪ್ರತಿಚಯ ವಾಸ್ತವದಲ್ಲಿ ಉತ್ಪಾದಿಸಿದ ವಿವರ್ತನ ಪ್ರರೂಪವನ್ನು ಇವುಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿ ಒಂದರ ಆಯ್ಕೆ, ಆಯ್ದ ಪ್ರಕಲ್ಪಿತ ಸಂರಚನೆಯನ್ನು ಆಮೂಲಾಗ್ರವಾಗಿ ಬದಲಿಸದೆ ಕೊಂಚ ಸಂಸ್ಕರಿಸಿ ಪುನಃ ಪರೀಕ್ಷಿಸುವಿಕೆ, ಗಣಿತೀಯ ಪ್ರರೂಪ ವಾಸ್ತವವನ್ನು ಹೆಚ್ಚುಕಡಿಮೆ ಹೋಲುವ ತನಕ ಪ್ರಯೋಗದ ಪುನರಾವರ್ತನೆ - ಇದು ಸ್ಫಟಿಕವಿಜ್ಞಾನಿಗಳ ಕಾರ್ಯತಂತ್ರ. ‘ಪ್ರರೂಪ’ಗಳಿಗೆ ಮಾತ್ರ ವಿವರ್ತನ ಪ್ರರೂಪಗಳನ್ನು ವಿಶ್ಲೇಷಿಸುವ ಗಣಿತೀಯ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸಬಹುದು. ಪರಮಾಣುಗಳ ಕ್ರಮಬದ್ಧ ಜೋಡಣೆಯಿಂದ ವಿವರ್ತಿತವಾದ ತರಂಗಗಳು ಮಾತ್ರ ಇಂಥ ಪ್ರರೂಪಗಳನ್ನು ಉತ್ಪತ್ತಿಸುತ್ತವೆ. ಸ್ಫಟಿಕಗಳು ಅಥವಾ ತಾತ್ಕಾಲಿಕವಾಗಿಯಾದರೂ ಸ್ಫಟಿಕೀಕರಿಸಬಹುದಾದ ಅಣುಗಳು ಸ್ಫಟಿಕವಿಜ್ಞಾನದ ಪ್ರಧಾನ ಅಧ್ಯಯನ ವಸ್ತುಗಳಾಗಲು ಇದು ಕಾರಣ. ಘನ ಸ್ಫಟಿಕದಷ್ಟು ಅಲ್ಲದಿದ್ದರೂ ತಕ್ಕಮಟ್ಟಿಗೆ ಕ್ರಮಬದ್ಧ ಸಂರಚನೆಯಿರುವ ತಂತು ಹಾಗೂ ಚೂರ್ಣಗಳು ಉತ್ಪತ್ತಿ ಮಾಡುವ ವಿವರ್ತನ ಪ್ರರೂಪಗಳಿಂದ ಅಣು ಸಂರಚನೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಉಪಯುಕ್ತ ಮಾಹಿತಿ ನಿಗಮಿಸಬಹುದು. ಸರಳ ಅಣುಗಳ ಸಂರಚನೆಯನ್ನು ಮತ್ತು ಸಂಕೀರ್ಣ ಅಣು ಸಂರಚನೆಯ ಸ್ಥೂಲ ಚಿತ್ರ ಪಡೆಯಲು ಸಾಧ್ಯ (ಉದಾ: ಡಿಎನ್‌ಎ ಸಂರಚನೆ ಆವಿಷ್ಕರಿಸಿದ್ದು ಎಕ್ಸ್ ಕಿರಣ ವಿವರ್ತನ ವಿಧಾನದಿಂದ).

ಉಪಯೋಗಗಳು

ದ್ರವ್ಯದ ಸಂರಚನೆ ಹಾಗೂ ಲಕ್ಷಣಗಳ ಅರಿವು ಅಭಿವರ್ಧಿಸುವುದರ ಮುಖೇನ ಜೀವಾಧಾರ ಮೂಲ ಅಣುಗಳ  ಕಾರ್ಯವಿಧಾನದ ರಹಸ್ಯ ಭೇದಿಸಲು (ಉದಾ: ಪ್ರೋಟೀನ್, ಡಿಎನ್‌ಎ ಅಣುಗಳು) ಸ್ಫಟಿಕವಿಜ್ಞಾನ ನೆರವಾಗಿದೆ. ದ್ರವ್ಯವಿಜ್ಞಾನಗಳು ಹಾಗೂ ಜೀವರಸಾಯನ ವಿಜ್ಞಾನಕ್ಷೇತ್ರಗಳಿಗೆ ಮತ್ತು ಅವುಗಳಿಂದ ಮೂಡಿಬಂದ ತಂತ್ರವಿದ್ಯೆಗಳಿಗೆ ಇದರ ಕೊಡುಗೆ ಅಪಾರ. ಅಪೇಕ್ಷಿತ ನಮೂನೆಯ ಸ್ಫಟಿಕೋತ್ಪಾದನೆ ಒಂದು ಬೃಹದುದ್ಯಮವಾಗಿರುವುದೇ ಈ ವಿಜ್ಞಾನದ ಆವಿಷ್ಕಾರಗಳಿಂದಾಗಿ. ತಂತು, ವೈರಸ್, ಗಾಜು, ದ್ರವ, ದ್ರವಸ್ಫಟಿಕ ಮತ್ತು ಅರೆ (ಕ್ವಾಸಿ) ಸ್ಫಟಿಕ ಮುಂತಾದವನ್ನು ಅಧ್ಯಯಿಸಬಲ್ಲ ತಂತ್ರವಿದ್ಯೆ ವಿಕಸಿಸಿದೆ. ಸ್ಫಟಿಕವಿಜ್ಞಾನ ಒದಗಿಸಿದ ಅಣು ಸಂರಚನೆಯ ನಿಖರ ಜ್ಞಾನದ ನೆರವಿನಿಂದ ಪರಿಣಾಮಕಾರೀ ಔಷಧಗಳ ತಯಾರಿ ಸಾಧ್ಯವಾಗಿದೆ. ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ ಪರಮಾಣುಗಳು ರೂಪಿಸಬಹುದಾದ ಸಮ್ಮಿತಿ ಪ್ರರೂಪಗಳ ಎಣಿಕೆಯೂ ಈ ವಿಜ್ಞಾನದ ಕಾರ್ಯಗಳ ಪೈಕಿ ಒಂದು. ಆದ್ದರಿಂದ ಜ್ಯಾಮಿತಿ ಮತ್ತು ಗ್ರೂಪ್ ಸಿದ್ಧಾಂತಗಳ ಬಳಕೆ ಅನಿವಾರ್ಯ.

ಹೊರಗಿನ ಕೊಂಡಿಗಳು

• American Crystallographic Association
• Learning Crystallography
• Web Course on Crystallography
• Crystallographic Space Groups

ವಿಕಿಸೋರ್ಸ್ ನಲ್ಲಿ ಲಭ್ಯವಿರುವ ಲೇಖನದ ವಿಷಯವನ್ನು ಇಲ್ಲಿ ಅಳವಡಿಸಲಾಗಿದೆ:

ಮೈಸೂರು ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾನಿಲಯ ವಿಶ್ವಕೋಶ/ಸ್ಫಟಿಕವಿಜ್ಞಾನ