La difracción de rayos X (XRD) se basa en la naturaleza dual onda/partícula de los rayos X para obtener información sobre la estructura de los materiales cristalinos. Un uso primario de la técnica es la identificación y caracterización de compuestos basados en su patrón de difracción.
El efecto dominante que ocurre cuando un haz incidente de rayos X monocromáticos interactúa con un material objetivo es la dispersión de esos rayos X desde los átomos dentro del material objetivo. En los materiales con estructura regular (es decir, cristalinos), los rayos X dispersados sufren interferencias constructivas y destructivas. Este es el proceso de difracción. La difracción de los rayos X por los cristales se describe mediante la ley de Bragg, n(lambda) = 2d sin(theta). Las direcciones de las posibles difracciones dependen del tamaño y la forma de la celda unitaria del material. Las intensidades de las ondas difractadas dependen del tipo y la disposición de los átomos en la estructura cristalina. Sin embargo, la mayoría de los materiales no son monocristales, sino que están compuestos por muchos cristalitos en todas las orientaciones posibles, lo que se denomina agregado o polvo policristalino. Cuando se coloca un polvo con cristalitos orientados al azar en un haz de rayos X, el haz verá todos los planos interatómicos posibles. Si se cambia sistemáticamente el ángulo experimental, se detectarán todos los posibles picos de difracción del polvo.
El difractómetro de parafocalización (o Bragg-Brentano) es la geometría más común para los instrumentos de difracción.
Esta geometría ofrece las ventajas de una alta resolución y un análisis de alta intensidad del haz a costa de requisitos de alineación muy precisos y de muestras cuidadosamente preparadas. Además, esta geometría requiere que la distancia fuente-muestra sea constante e igual a la distancia muestra-detector. Los errores de alineación suelen provocar dificultades en la identificación de la fase y una cuantificación incorrecta. Una muestra mal posicionada puede dar lugar a errores inaceptables de desplazamiento de la muestra. La planitud de la muestra, la rugosidad y las limitaciones de posicionamiento impiden la medición de la muestra en línea. Además, los sistemas tradicionales de DRX se basan a menudo en equipos voluminosos con requisitos de alta potencia, así como en el empleo de fuentes de rayos X de alta potencia para aumentar el flujo de rayos X en la muestra, incrementando así las señales de difracción detectadas de la muestra. Estas fuentes también tienen grandes áreas de excitación, que a menudo son desventajosas para el análisis de difracción de pequeñas muestras o pequeñas características de la muestra.
La óptica de rayos X policapilar se puede utilizar para superar muchos de estos inconvenientes y limitaciones para mejorar las aplicaciones de DRX. Las ópticas colimadoras policapilares convierten un haz altamente divergente en un haz casi paralelo con baja divergencia. Pueden utilizarse para formar una geometría de instrumento de DRX de haz paralelo que reduce y elimina en gran medida muchas fuentes de errores en la posición e intensidad de los picos inherentes a la geometría de parafocalización, como la posición, la forma, la rugosidad, la planicidad y la transparencia de la muestra. Las ópticas de enfoque policapilar recogen los rayos X de una fuente de rayos X divergente y los dirigen a un pequeño haz enfocado en la superficie de la muestra con diámetros tan pequeños como decenas de micrómetros para aplicaciones de microdifracción de rayos X de muestras pequeñas o características de muestras pequeñas. Ambos tipos de ópticas policapilares dirigen intensidades de rayos X muy altas a la superficie de la muestra, de manera que los sistemas de DRX que emplean ópticas pueden utilizar fuentes de rayos X de baja potencia, reduciendo el tamaño del instrumento, el coste y los requisitos de energía.
La difracción de rayos X utilizando ópticas de rayos X se ha aplicado a muchos tipos diferentes de aplicaciones, incluyendo el análisis de películas delgadas, la evaluación de la textura de la muestra, la supervisión de la fase y la estructura cristalina, y la investigación de la tensión y la deformación de la muestra.