Una delle tecniche più antiche e importanti per l’indagine della struttura della materia e in particolare per lo studio dello stato solido, è quella elaborata nel 1912 dal fisico e cristallografo tedesco Max Theodor Felix von Laue, che gli valse, nel 1914, il Premio Nobel per la fisica.

Il merito di Von Laue è stato quello di aver stabilito una relazione tra una interferenza e la distanza degli atomi all’interno di un cristallo.
In altre parole, con il fenomeno cosiddetto di diffrazione dei raggi X da lui scoperto è stato possibile studiare e misurare gli effetti dell’interazione fra un fascio di raggi X e la materia cristallina, permettendo di determinarne la struttura.

I solidi cristallini sono caratterizzati da una geometria ripetitiva che si estende nello spazio tridimensionale. Se prima della scoperta di Von Laue i mineralisti avevano soltanto supposto l’ordinamento periodico dei cristalli, con lo studio di Von Laue della distribuzione angolare della radiazione difratta è stato possibile determinare la distribuzione degli atomi o ioni nella cella elementare, ovvero la forma, la dimensione e l’orientamento del motivo che si ripete, in modo più o meno simmetrico, per tutta la struttura del cristallo.

Nel corso del suo primo esperimento, che svolse assieme a Friedrich e Knipping, Max Von Laue indirizzò in modo casuale un fascio di raggi X su del solfato di rame pentaidrato. Ripeté quindi l’esperimento con un cristallo di blenda cubico, orientandolo però in modo adeguato rispetto alla direzione dei raggi X. Questa volta, sulla lastra fotografica si impressero macchie nere più o meno intense distribuite simmetricamente attorno ad una centrale, più intensa, corrispondente alla radiazione primaria.

Questa disposizione regolare poteva essere spiegabile in quanto le onde luminose, incontrando un corpo opaco, si propagano in tutte le direzioni. Quando i raggi X colpiscono un cristallo, si possono infatti ottenere fotogrammi (chiamati dopo la scoperta del fenomeno da parte di Von Laue, lauegrammi) formati da tante macchie puntiformi, la cui disposizione regolare e simmetrica corrisponde a quella degli atomi del cristallo.
Da ciò, Von Laue dedusse che i raggi X erano di natura ondulatoria come i raggi luminosi e confermò la natura discontinua e regolare della materia allo stato solido.

L’indagine è realizzabile per mezzo di un diffrattometro, composto da un tubo a raggi X (ovvero un tubo di Coolidge), da un goniometro, che serve per posizionare il cristallo e il rivelatore nelle condizioni in cui si possa avere la diffrazione, e da un rivelatore di radiazione X, che consente di misurare le intensità difratte.

Se inizialmente per effettuare questa analisi venivano utilizzate lastre fotografiche, a partire dagli anni Settanta si sono impiegati diffrattometri automatici dotati di rivelatori a scintillazione, i quali però, misurando un’intensità difratta alla volta, si dimostravano particolarmente lenti. Oggi vengono utilizzate camere a CCD, che garantiscono la stessa misurazione simultanea della lastra con una migliore misurazione delle intensità difratte.

Dalla scoperta di von Laue ad oggi, la cristallogafia a raggi X ha trovato impiego in moltissimi campi, da quello della mineralogia alla chimica, dalla geofisica alla fisica dello stato solido, così come nell’ambito dei beni culturali, degli studi planetari, della biologia molecolare, della radiologia e della scienza dei materiali.