德拜-沃勒因子

德拜-沃勒因子（Debye–Waller factor，DWF），得名于彼得·德拜和，在凝聚态物理学中描述的是X射线衍射中由热运动引起的衰减；又被称作B因子或者温度因子。是德拜-沃勒因子在相干和穆斯堡尔谱学中的一个推广。

在散射实验中，对于散射矢量 ， 给出的是的比例； 则是非弹性散射的比例。（严格来讲，这种概率诠释不是非常准确。）布拉格衍射实验中，弹性散射是出现布拉格峰的原因；而非弹性散射产生的是宽广的背景噪声，除非分析对象是散射粒子的能量（例如或是电子能量损失谱），否则均被视为干扰。因此在一般的衍射实验中，只有弹性散射是有效信息。这也使得德拜-沃勒因子的计算在衍射实验中具有重要的意义。

 背景 

在劳厄完成X射线衍射实验之前，学术界曾经对此实验的可行性进行过讨论。其中一种观点认为，在室温条件下，晶格中的原子由于热运动，是无法维持其在晶格中周期性排列的位置的，因此在实际的实验中不应该观测到任何的衍射峰（即布拉格峰）。

然而，随后劳厄和布拉格等人的X射线衍射实验证实了布拉格峰的存在。实验中，当晶体的温度上升时，布拉格峰的强度下降，但其宽度不变。 以下是德拜的描述：

 最初的理论 

对此实验现象，德拜给出了最初的理论解释。给结构因子  中表示原子位置的项  加上关于时间的微扰项 ，得到修正后的原子位置为 。假设每个原子都相对各自的平衡位置独立地振动，则对修正后结构因子中的  一项变为：



修正项  即为德拜-沃勒因子的最初来源。

 定义 

德拜-沃勒因子的基本表达式为：

其中的  为热振动引起的位移， 表示热力学平均。

 可被展开为


假设  在空间上具有各向同性，即，则


注意到上式的前两项与  展开式的前两项是一致的。因此可用  代换，代入开头的基本表达式：


即

上式即为德拜-沃勒因子在教科书中常见的定义。值得注意的是上述推导都是在经典物理学的框架之下完成的；而在量子力学中，相同的结论依然成立。

进一步的推导可得

其中 ， 为向量 ， 的大小。 叫做。若入射波的波长为 ，且被弹性散射了  角度，可用下式计算出  的大小：


 B因子 

在对蛋白质结构的研究中，“B因子（B-factor）”这个名称更为常用，其定义为

单位为 Å2。B因子可被看作是结构中不同部分的相对振动。低B因子的原子从属于结构中良好有序（well ordered）的部分，而高B因子的原子一般属于结构中非常柔性易变（flexible）的部分。蛋白质资料库中的每一ATOM记录（）都会包含某特定原子的B因子信息。

 参见 


 注释 

 参考资料 

Category:凝聚体物理学
Category:晶体学
Category:散射
Category:繞射