Электронография — метод изучения структуры вещества, основанный на исследовании рассеяния образцом ускоренных электронов. Применяется для изучения атомной структуры кристаллов, аморфных тел и жидкостей, молекул газов и паров. Физ. основа Э.- дифракция электронов; при прохождении через вещество электроны, обладающие волновыми свойствами, взаимодействуют с атомами, в результате чего образуются дифрагированные пучки, интенсивность и расположение которых связаны с атомной структурой образца и др. структурными параметрами. Рассеяние электронов определяется эл.статич. потенциалом атомов, максимумы которого отвечают положениям атомных ядер.
В электронографах и электронных микроскопах формируется узкий светосильный пучок ускоренных электронов. Он направляется на объект и рассеивается им, дифракционная картина (электронограмма) либо фотографируется, либо регистрируется электронным устройством. Основными вариантами метода являются дифракция быстрых электронов (ускоряющее напряжение от 30-50 кВ и более) и дифракция медленных электронов (от нескольких В до немногих сотен В).
Э. наряду с рентгеновским структурным анализом и нейтронографией принадлежит к дифракционным методам структурного анализа. Интенсивное взаимодействие электронов с веществом ограничивает толщину просвечиваемых ими образцов десятыми долями мкм. Электронографы для быстрых электронов работают при ускоряющих напряжениях до 200 кВ. В наиб. распространённых электронных микроскопах, которые могут использоваться и в режиме микродифракции, напряжение обычно составляет 200-400 кВ, а в уникальных приборах-1000-3000 кВ (соответственно возрастает до нескольких мкм допустимая толщина образцов).
Поэтому методами Э. изучают атомную структуру мелко-кристаллических веществ и монокристаллов, значительно меньших размеров, чем в рентгенографии и нейтронографии.
Рис. 1. Электронограмма, полученная от текстуры.
Вид электронограмм при дифракции быстрых электронов зависит от характера исследуемых объектов. Электронограммы от плёнок, состоящих из кристалликов, обладающих взаимной ориентацией, или тонких монокристаллич. пластинок, образованы точками или пятнами (рефлексами) с правильным расположением, от текстур — дугами (рис. 1), от поликристаллич. образцов — равномерно зачернёнными окружностями (аналогично дебаеграммам), а при съёмке на движущуюся фотопластинку — параллельными линиями. Эти типы электронограмм получаются в результате упругого, преим. однократного, рассеяния (без обмена энергией с кристаллом).
Растровый электронный микроскоп
... все необходимые характеристики сканирующего электронного микроскопа: образец располагался с одной стороны отпаянной стеклянной трубки, а электронная пушка с другой. Электроны, ускоренные напряжением от 500 до ... Эверхарта-Торнли»), ускорили развитие растрового электронного микроскопа. Этот детектор, крайне эффективный для сбора как вторичных, так и отражённых электронов, становится очень популярным и ...
При многократном неупругом рассеянии возникают вторичные дифракционные картины от дифрагированных пучков (кикучи-электронограммы; рис. 2).
Электронограммы от молекул газа содержат небольшое число диффузных ореолов.
Рис. 2. Кикучи-электронограмма, полученная методом «на отражение» (симметрично расположены тёмные и светлые кикучи-линии)
В основе определения элементарной кристаллич. ячейки и симметрии кристалла лежит измерение расположения рефлексов на электронограммах. Межплоскостное расстояние d=L l/r , где L — расстояние от образца до фотопластинки; l — длина волны де Бройля электрона, определяемая его энергией; r -расстояние от рефлекса до центр. пятна на электронограмме. Методы расчёта атомной структуры кристаллов в Э. близки к применяемым в рентг. структурном анализе. Так, ф-ла для распределения эл-статич. потенциала f(x , у, z )аналогична ф-ле для распределения электронной плотности r(x , у, z )в рентг. структурном анализе. Расчёт значений f(x , у, z) , обычно проводимый на ЭВМ, позволяет установить координаты x , у, z атомов, расстояния между ними и т. д. (рис. 3).
Методами Э. были определены мн. атомные структуры, уточнены и дополнены рентгеноструктурные данные для большого числа веществ, в т. ч. мн. цепных и цикличных углеводородов, в которых впервые были локализованы атомы водорода, нитридов переходных металлов (Fe, Cr, Ni, W), обширного класса оксидов Nb, V, Та с локализацией атомов N и О, а также 2- и 3-компонентных полупроводниковых соединений, глинистых минералов и слоистых структур. При помощи Э. исследуют и структуру дефектных кристаллов. В комплексе с электронной микроскопией Э. позволяет изучать фазовый состав и степень совершенства структуры тонких кристаллических плёнок, используемых в различных областях современной техники. Для процессов эпитаксии существенным является контроль степени совершенства поверхности подложки до нанесения плёнок, который выполняется с помощью кикучи-электронограмм: даже незначительные нарушения её структуры приводят к размытию кикучи-линий.
Рис. 3. Электрический потенциал молекулы дикетопиперазина в кристаллической структуре, полученный трёхмерным фурье-синтезом: а и b -оси симметрии молекулы. Сгущение линий соответствует положениям атомов.
Существенное развитие получили дифракционные методы с использованием сходящегося пучка электронов, традиционно применявшиеся для установления симметрии кристаллического вещества. Анализ двумерного распределения интенсивности в дифракционном пятне позволяет определять тройные фазовые структурные инварианты, которые используются в т. н. прямых методах для определения фаз структурных амплитуд (см. Рентгеновский структурный анализ).
При определенных условиях распределение интенсивности в дифракц. пятнах может быть применено для вычисления структурных факторов и их фаз. Однако полная интерпретация такой дифракц. картины на основе теории многолучевой динамической дифракции встречает математические трудности и требует больших вычислительных мощностей или использования приближённых методик анализа.
Формирование производственных структур комплексов технических ...
... разработка методического аппарата формирования и рационализации производственной структуры сложных комплексов морской техники нефтегазодобывающего флота на основе использования имитационных методов моделирования. ... моделирование. Применение подобных методов и использование новейших компьютерных технологий позволяют успешно решать вопросы проектирования и управления процессами эффективной разработки ...
Методами дифракции электронов может быть осуществлено полное исследование атомного строения твёрдого тела. Основы этой т. н. электронной кристаллографии заложены учёными Москвы. Сочетание микродифракции электронов с электронной микроскопией атомного разрешения открыло принципиально новые возможности локального анализа атомного строения и исследования реальной структуры кристаллического вещества. Фурье-преобразование данных эксперимента позволяет вычислить фазы структурных амплитуд, которые могут быть приписаны определяемым по дифракционной картине модулям структурных амплитуд. Зная модули структурных амплитуд и фазы, можно построить пространств. распределение потенциала в исследуемом кристалле.
На электронограммах, получаемых от молекул газов, а также паров оксидов, галогенидов и др. соединений, дифракц. пучки образуют диффузные кольцевые ореолы, диаметры и интенсивность которых определяются расположением атомов в молекуле и дифракц. характеристиками атомов (их атомными амплитудами упругого и неупругого рассеяния).
Методы газовой Э. позволяют определять структуры молекул с числом атомов до 10-20, а также характер их тепловых колебаний в широком интервале темп-р. Аналогичным методом проводят анализ атомной структуры ближнего порядка (см. Дальний и ближний порядок) в аморфных телах, стёклах, жидкостях. электронография кикучи эпитаксия дифракция
При использовании дифракции медленных электронов, которые вследствие малости энергии проникают лишь в самые верхние слои кристалла, получают сведения о структуре «двумерной» решётки как атомов самого кристалла у его поверхности, так и адсорбированных кристаллом атомов газов. При дифракции медленных электронов могут также происходить оже-эффект и др. явления, возникающие вследствие сильного взаимодействия медленных электронов с атомами. Применение этого метода целесообразно в сочетании с масс-спектроскопией и оже-спектроскопией. Эти исследования позволяют изучать явления адсорбции, самые начальные стадии кристаллизации и др.
