БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ЭЛ)

В приборе, предназначенном для исследования дифракции медленных электронов, требуется поддерживать в колонне вакуум 10 -8—10 -9 мм рт. ст.

Лит.: Кушнир Ю. М., Алексеев Н. В., Левкин Н. П., Современные электронографы, «Приборы и техника эксперимента», 1967, № 1; Дворянкин В. Ф., Митягин А. Ю., Дифракция медленных электронов — метод исследования атомной структуры поверхностей, «Кристаллография», 1967, т. 12, в. 6. См. также лит. к ст. Электронография .

Р. М. Имамов.

Электроногра'фия(от электрон и ...графия ) , метод изучения структуры вещества, основанный на рассеянии ускоренных электронов исследуемым образцом. Применяется для изучения атомной структуры кристаллов, 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 атомами, в результате чего образуются отдельные дифрагированные пучки. Интенсивности и пространственное распределение этих пучков находятся в строгом соответствии с атомной структурой образца, размерами и ориентацией отдельных кристалликов и другими структурными параметрами. Рассеяние электронов в веществе определяется электростатическим потенциалом атомов, максимумы которого в кристалле отвечают положениям атомных 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, кристаллизацию 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 атомные структуры огромного числа веществ, существующих лишь в мелкокристаллическом состоянии. Она обладает также преимуществом перед рентгеновским структурным анализом в определении положения лёгких атомов в присутствии тяжёлых (методам нейтронографии доступны такие исследования, но лишь для кристаллов значительно больших размеров, чем для исследуемых в Э.).

Вид получаемых электронограмм зависит от характера исследуемых объектов. Электронограммы от плёнок, состоящих из кристалликов с достаточно точной взаимной ориентацией или тонких монокристаллических пластинок, образованы точками или пятнами (рефлексами) с правильным взаимным расположением. При частичной ориентации кристалликов в плёнках по определённому закону ( текстуры ) получаются отражения в виде дуг ( рис. 1 ). Электронограммы от образцов, состоящих из беспорядочно расположенных кристалликов, образованы аналогично дебаеграммам равномерно зачернёнными окружностями, а при съёмке на движущуюся фотопластинку (кинематическая съёмка) — параллельными линиями. Перечисленные типы электронограмм получаются в результате упругого, преимущественно однократного, рассеяния (без обмена энергией с кристаллом). 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 кристаллической структуры и её симметрии лежит измерение расположения рефлексов на электронограммах. Межплоскостное расстояние d в кристалле определяется из соотношения:

d = L l/ 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 расчёта атомной структуры кристаллов в Э. аналогичны применяемым в рентгеновском структурном анализе (изменяются лишь некоторые коэффициенты). Измерение интенсивностей рефлексов позволяет определить структурные амплитуды |F hkl |. Распределение электростатического потенциала j( x, у, z ) кристалла представляется в виде ряда Фурье:

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

Методами Э. были определены многие неизвестные атомные структуры, уточнены и дополнены рентгеноструктурные данные для большого числа веществ, в том числе множество цепных и циклических углеводородов, в которых впервые были локализованы атомы водорода, молекулы нитрилов переходных металлов (Fe, Cr, Ni, W), обширный класс окислов ниобия, ванадия и тантала с локализацией атомов N 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 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.