فرایندهای دینامیکی در بلور نگاری

بلور نگاری علمی است که ساختارهای هندسی و خواص بلورها را توصیف می‌کند. بلور آرایشی از اتمهای جامدات است که به طور منظم در سه بعد تکرار می‌شود. این تکرار باعث می‌شود که بلور برای پرتوهای ایکس، نوترونها و الکترونها مانند یک توری پراش عمل کند. با تحلیل نقشهای پراش حاصل می‌توان ساختار بلورها را با جزئیات اتمی آنها آشکار کرد.
بیشتر شناختی که ما از ماده در مقیاس اتمی و مولکولی داریم از مطالعه بلورها با استفاده از پرتوهای ایکس و نوترونها فراهم آمده است. اطلاعاتی مثل ساختار شیمیایی (مانند این که کدام اتمها متصل هستند، پیوندها چقدر قوی هستند، و بار الکترونی کجا قرار دارد). پیکر بندی مطلق و نسبی («چپ دستی و راست دستی»، یا تفاوت میان یک ساختار و تصویر آینه‌ای آن)، صورت بندی (شکل مولکولی) و نیروهای ضعیفتر بین اتمها و مولکولها (مانند پیوندهای هیدروژنی) را می‌توان – خیلی عادی – از تحلیل ساختاری بلورها (که شامل مولکولها هستند) به دست آورد.
تمام این اطلاعات را می‌شود از نمایش استاتیک بلور به دست آورد. ولی، کوشش روز افزونی وجود داشته است که نتایج حاصل از تعیین ساختار بلورها بر حسب فرایندهای دینامیکی نیز تعبیر شود. پتر دبی در (1913) در مدت زمانی طولانی قبل از آن که بلور شناسی عملی با پرتو ایکس به وجود آید دریافت که حرکت اتمها در شدت پراکنش پرتو ایکس از بلور مژثر است. در محاسبات تمام روشهای جدید تعیین ساختار بلورها، برای منظور کردن این حرکت گرمایی، یک «عامل دما» برای هر اتم در نظر گرفته می‌شود. این عامل در شکل همسانگرد ساده‌اش (فقط) دارای یک پارامتر است. استفاده از شکا نا همسانگرد پیچیده‌تر آن که شش پارامتر به ازای هر اتم دارد نیز بسیار متداول است. ساختار هندسی دقیق بلور را عموماً با استفاده از روش کمترین مجذورها به دست می‌آورند. با این روش، تعداد زیادی از پارامترها به مجموعه (حتی) بزرگتری از اندازه گیریهای پراکندگی برازنده می‌شوند. هم چنین پارامترهای گرمایی که حرکت را توصیف می‌کنند، حتی اگر مورد نظر هم نباشند، تعیین می‌شوند. دونیتز (1979) بسیاری از جنبه‌های تاریخی این موضوع را کلاً بررسی کرده است.
سمپوزیوم انجمن بلور نگاری امریکا (A C A) تحت عنوان «مولکولها در حرکت»، که به عنوان قسمتی از گرد هم آیی ACA در کنتاکی برگزار شد بیانگر میزان علاقه‌ای است که به این فرایندهای دینامیکی نشان داده می‌شود. دونیتز از انستیتو تکنولوژی فدرال سویس از زوریخ در مقاله‌ای که در این گرد هم آیی تحت عنوان «از استاتیک بلورها به سوی دینامیک مولکولی» ارائه کرد به بررسی دو روش پرداخت که در آنها از تعیین ساختار بلورها برای به دست آوردن نشانه‌هایی از حرکت گرمایی استفاده می‌شود. در یکی از این روشها از نتایج تعداد زیادی ساختارهای بلوری استفاده می‌شود تا هم بستگیهایی به دست بیایند که بتوان با آنها مثلاً به مسیر واکنشهای شیمیایی پی برد. در روش دوم، پارامترهای ارتعاشی نا همسانگرد را برای یافتن نشانه‌هایی از حرکات درونی (مانند پیچش) بررسی می‌کنند.
مقاله تروبلاد از U C L A مربوط می‌شد به اصول تحلیلهای حرکت گرمایی با استفاده از «بیضوی گاوسی» برای نمایش احتمال موضع اتمها، کاز برد این اصول در تحلیل حرکت یک مولکول به عنوان یک جسم صلب، و تغییراتی که باید در آنها برای در نظر گرفتن حرکت انعطاف پذیر در مولکول صورت بگیرد. اچ شولتز از انستیتوی ماکس پلانک برای تحقیقات فیزیک حالت جامد در اشتوتگارت آلمان در مورد استفاده از عاملهای دمای بسیار پیچیده‌تر برای توصیف حرکتی که هماهنگ نیست و این که چگونه حالت انرژی اتم به مکان آن بستگی دارد صحبت کرد.
اکهارت از دانشگاه نبراسکا در مقاله «طیف نمایی جدید برای مطالعه حرکتهای مولکولی در بلورها» به توصیف پیزومودولاسیونی بلورهای مولکولی پرداخت. در این روش با اعمال ارتعاشات صوتی به بلور بغییراتی در خواص اپتیکی آن صورت می‌گیرد. با استفاده از این روش می‌توان پدیده‌هایی چون تبدیل فاز با نظم – بی نظم را، که به تنشهای خارجی حساس هستند مطالعه کرد. در ادامه بحث طیف نمایی حالت جامد، فایفه از دانشکاه گلف در اونتاریو کانادا، مورد استفاده طیف نمایی تشدید مغناطیسی هسته‌ای در مطالعه حرکتهای مولکولی را بررسی کرد. در روشی که «چرخش زاویه جادویی» نامیده می‌شود می‌توان طیفهایی برای جامدها به دست آورد که تفکیک آنها با تفکیک مربوط به محلولها مشابه است. این طیفها احتمالاً شباهتهایی را میان ساختار فازهای جامد و محلول آشکار خواهند کرد و نیز ممکن است پاسخ گوی این پرسش باشند که آیا بی نظمی بیشتر، استاتیک («منجمد») است یا دینامیک (با زمان تغییر می‌کند).
مورای – راست از گروه تحقیق گلاسکو در بریتانیا از بایگانی بسیار مفصل مرکز داده‌های بلور نگاری کمبریج استفاده کرد تا تغییر شکل مولک.لها در بلورها و مدهای بهنجار ارتعاش را مقایسه کند. مثلا از مطالعه هجده ترکیب استرویید که واحد ساختاری همه آنها یکسان است آشکار شد که واپیچیدگیها از خم شدگی دسته جمعی و هموار این واخد ناشی می‌شوند. هم چنین این نتیجه به دست آمد که انرژی کمی برای این خم شدگی لازم است. هم چنین پرداخته شد به مطالعات نظری و نتایج تجربی در مورد دینامیک ساختارهای پروتئینی. نتایج این بررسیها اطلاعات مفصلی در مورد حرکتهای اتمی در این ساختارهای بسیار پیچیده فراهم می‌کند و درک بهتری از چگونگی تغییر شکل آنها در فرایندهای بیو لوژیکی به دست می‌دهد.
آن چه در بالا آمد نشان دهنده سطح بالای فعالیتهای اخیر بلور شناسان، طیف شناسان، و نظریه پردازان است، که با یک دیگر در این زمینه تبادل نظر و اطلاعات می‌کنند.