Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Электронография

Электронография (далее Э) (от электрон и ...графия), метод изучения структуры вещества, основанный на рассеянии ускоренных электронов исследуемым образцом. Применяется для изучения структуры аморфных тел и жидкостей, молекул в газах и парах. Физическая основа Э — дифракция электронов (см. Дифракция частиц); при прохождении через вещество электроны, обладающие волновыми свойствами (см. Корпускулярно-волновой дуализм), взаимодействуют с в результате чего образуются отдельные дифрагированные пучки. Интенсивности и пространственное распределение этих пучков находятся в строгом соответствии с структурой образца, размерами и ориентацией отдельных и другими структурными параметрами. Рассеяние электронов в веществе определяется электростатическим потенциалом максимумы которого в отвечают положениям ядер.

  Электронографические исследования проводятся в специальных приборах — электронографах и электронных микроскопах; в условиях вакуума в них электроны ускоряются электрическим полем, фокусируются в узкий светосильный пучок, а образующиеся после прохождения через образец пучки либо фотографируются (электронограммы), либо регистрируются фотоэлектрическим устройством. В зависимости от величины электрического напряжения, ускоряющего электроны, различают дифракцию быстрых электронов (напряжение от 30—50 кэв до 1000 кэв и более) и дифракцию медленных электронов (напряжение от нескольких в до сотен в).

  Э принадлежит к дифракционным структурным методам (наряду с рентгеновским структурным анализом и нейтронографией) и обладает рядом особенностей. Благодаря несравнимо более сильному взаимодействию электронов с веществом, а также возможности создания светосильного пучка в электронографе, экспозиция для получения электронограмм обычно составляет около секунды, что позволяет исследовать структурные превращения, и т. д. С другой стороны, сильное взаимодействие электронов с веществом ограничивает допустимую толщину просвечиваемых образцов десятыми долями мкм (при напряжении 1000—2000 кэв максимальная толщина несколько мкм).

  Э. позволила изучать структуры огромного числа веществ, существующих лишь в мелкокристаллическом состоянии. Она обладает также преимуществом перед рентгеновским структурным анализом в определении положения легких в присутствии тяжелых (методам нейтронографии доступны такие исследования, но лишь для значительно больших размеров, чем для исследуемых в Э).

  Вид получаемых электронограмм зависит от характера исследуемых объектов. Электронограммы от пленок, состоящих из с достаточно точной взаимной ориентацией или тонких монокристаллических пластинок, образованы точками или пятнами (рефлексами) с правильным взаимным расположением. При частичной ориентации в пленках по определенному закону (текстуры) получаются отражения в виде дуг (рис. 1). Электронограммы от образцов, состоящих из беспорядочно расположенных образованы аналогично дебаеграммам равномерно зачерненными окружностями, а при съемке на движущуюся фотопластинку (кинематическая съемка) — параллельными линиями. Перечисленные типы электронограмм получаются в результате упругого, преимущественно однократного, рассеяния (без обмена энергией с При многократном неупругом рассеянии возникают вторичные дифракционные картины от дифрагированных пучков (рис. 2). Подобные электронограммы называются кикучи-электронограммами (по имени получившего их впервые японского физика). Электронограммы от молекул газа содержат небольшое число диффузных ореолов.

  В основе определения элементарной ячейки структуры и ее симметрии лежит измерение расположения рефлексов на электронограммах. Межплоскостное расстояние d в определяется из соотношения:

  d = Ll/r,

  где L — расстояние от рассеивающего образца до фотопластинки, l — дебройлевская длина волны электрона, определяемая его энергией, r — расстояние от рефлекса до центрального пятна, создаваемого нерассеянными электронами. Методы расчета структуры в Э аналогичны применяемым в рентгеновском структурном анализе (изменяются лишь некоторые коэффициенты). Измерение интенсивностей рефлексов позволяет определить структурные амплитуды |hkl|. Распределение электростатического потенциала j(x, у, z) представляется в виде ряда Фурье:



(h, k, l — миллеровские индексы, — объем элементарной ячейки). Максимальные значения j(x, у, z) соответствуют положениям внутри элементарной ячейки (рис. 3). Таким образом, расчет значений j(x, у, z), который обычно осуществляется ЭВМ, позволяет установить координаты х, у, z расстояния между ними и т. п.

  Методами Э были определены многие неизвестные структуры, уточнены и дополнены рентгеноструктурные данные для большого числа веществ, в том числе множество цепных и циклических углеводородов, в которых впервые были локализованы молекулы нитрилов переходных металлов (, , , ), обширный класс окислов и с локализацией и О соответственно, а также 2- и 3-компонентных полупроводниковых соединений, глинистых минералов и слоистых структур. При помощи Э можно также изучать строение дефектных структур. В комплексе с электронной микроскопией Э позволяет изучать степень совершенства структуры тонких пленок, используемых в различных областях современной техники. Для процессов эпитаксии существенным является контроль степени совершенства поверхности подложки до нанесения пленок, который выполняется с помощью кикучи-электронограмм: даже незначительные нарушения ее структуры приводят к размытию кикучи-линий.

  На электронограммах, получаемых от газов, нет четких рефлексов (т. к. объект не обладает строго периодической структурой) и их интерпретация осуществляется др. методами.

  Интенсивность каждой точки этих электронограмм определяется как молекулой в целом, так и входящими в нее Для структурных исследований важна молекулярная составляющая, же составляющую рассматривают как фон и измеряют отношение молекулярной интенсивности к общей интенсивности в каждой точке электронограммы. Эти данные позволяют определять структуры молекул с числом до 10—20, а также характер их тепловых колебаний в широком интервале температур. Таким путем изучено строение многих органических молекул, структуры молекул галогенидов, окислов и других соединений. Аналогичным методом проводят анализ структуры ближнего порядка (см. Дальний порядок и ближний порядок) в аморфных телах, стеклах и жидкостях.

  При использовании медленных электронов их дифракция сопровождается эффектом Оже и другими явлениями, возникающими вследствие сильного взаимодействия медленных электронов с Недостаточное развитие теории и сложность эксперимента затрудняют однозначную интерпретацию дифракционных картин. Применение этого метода целесообразно в сочетании с масс- и Оже-спектроскопией для исследования структуры адсорбированных слоев, например газов, и поверхностей на глубину нескольких слоев (на 10—30 ). Эти исследования позволяют изучать явления адсорбции, самые начальные стадии и т. д.

  Лит.: Пинскер З. Г., Дифракция электронов, М. — Л., 1949; Вайнштейн Б. К., Структурная электронография, М., 1956; Звягин Б. Б., Э и структурная глинистых минералов, М., 1964.

  З. Г. Пинскер.



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 25.06.2024 12:25:27