Дифракция электронов

Дифракция электронов или электронная дифракция – явление непрямолинейных розпосвюдження электронов и огибания ими препятствий, возникает благодаря их волновой природе.
Гипотеза о том, что электрон, и, в общем, все частицы, имеющие одновременно волновые свойства было высказано Луи де Бройлем (смотрите Корпускулярно-волновой дуализм). Длина волны электрона с де Бройлем равна

,

где ? – длина волны, – Сводная постоянная Планка, m – масса электрона, v – его скорость.
Если скорость электрона обусловлена прискотенням в электрическом поле с потенциалом U, то длина волны оценивается формулой

,

где e – заряд электрона.
При потенциале 150 В длина волны электрона составляет 0,1 нм, т.е. примерно равна типичном размера атома. Електромагнинти волны такой же длины относятся к рентгеновского диапазона.
Таким образом, электрон проявляет свои волновые свойства лишь при огибания препятствий атомных размеров.
В других аспектрах дифракция электронов совершенно аналогична дифракции волн любой природы.
Еспериментально явление дифракции электронов было подтверждено в 1927 году Дэвисон и Джермером и, независимо, Томсоном. В 1937 году Дэвисон и Томсон получили Нобелевскую премию по физике за это открытие.
Томсон получил интерференционную картину, пропуская пучок электрона через металлическую фольгу, а Дэвисон и Джермер использовали кристаллы.
Открытие дифракции электронов стало решающим подтверждением гипотезы де Бройля и установило волновой природе электрона.
Типичная дифракционная картина, полученная в ТЭМ Каждый атом перидичнои решетки кристалла является рассеивателем электронов. Период кристаллической решетки примерно равен длине волны электрона, ускоренного в электрическом поле с напряжением порядка 50-100 В. Дифракция происходит при выполнении условия Вульфа-Брэгга (подробнее брэгговского дифракция).
Электронная дифракция, как и в случае дифракции рентгеновских лучей может проводиться на монокристаллах или поликристаллических образцах. При дифракции на монокристаллах (дифракция Лауэ) образована дифракционная картина складывается из отдельных светлых точек, определяемых направлениями, в которых выполняется условие Вульфа-Брэгга. Расположение этих точек на Прощина позволяет определить период и индексы Миллера соответствующих кристаллических плоскостей, а, следовательно, воспроизвести решетку кристалла.
При дифракции на поликристаллических образцах (дифракция Дебая) полагаются на то, что среди многочисленных кристаллических зерен всегда найдется такое, для которого будет выполняться условие Вульфа-Брэгга. Дифракционные картины образуются в виде концентрических колец, радиусы которых позволяют вычислить период кристаллической решетки и индексы Миллера.
Электронная дифракция используется наряду с дифракцией рентгеновских лучей и дифракцией нейтронов для структурного анализа. Электронные микроскопы обычно имеют режим, в котором возможно наблюдать дифракцию электронов на кристаллической решетке. Преимуществом электронной дифракции по сравнению с рентгеновской есть ниже напряжения и короткое время, за которое дифракционная картина фиксируется на фотопленке. Недостатком является необходимость изготовления образцов с толщиной менее 100 нм, что является очень хлопотным работой.