ЭЛЕКТРОНОГРАФИЯ

ЭЛЕКТРОНОГРАФИЯ (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. Физ. основа Э.- дифракция
электронов (см. Дифракция частиц); при прохождении через вещество
электроны, обладающие волновыми свойствами (см.
Кор-пускулярно-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 др. структурными параметрами. Рассеяние
электронов в веществе определяется электроста-тич. потенциалом атомов,
максимумы к-рого в кристалле отвечают положениям атомных ядер.

Электрон ографич. исследования проводятся
в спец. приборах - электронографах и электронных микроскопах;
в
условиях вакуума в них электроны ускоряются электрич. полем, фокусируются
в узкий светосильный пучок, а образующиеся после прохождения через образец
пучки либо фотографируются (электронограммы), либо регистрируются фотоэлектрич.
устройством. В зависимости от величины электрич. напряжения, ускоряющего
электроны, различают дифракцию быстрых электронов (напряжение от 30-50
кэв
до
1000 кэв и более) и дифракцию медленных электронов (напряжение от
неск. 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
ок. секунды, что позволяет исследовать структурные превращения, кристаллизацию
и т. д. С др. стороны, сильное взаимодействие электронов с веществом ограничивает
допустимую толщину просвечиваемых образцов десятыми долями мкм (при
напряжении 1000-2000 кэв макс, толщина неск.
ним).

Э. позволила изучать атомные структуры
огромного числа веществ, существующих лишь в мелкокристаллич. 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 монокристаллич.
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 (кинематич. съёмка) - параллельными линиями.
Перечисл. 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 наз. кикучи-электронограммами
(по имени получившего их впервые япон. физика). Электронограммы от молекул
газа содержат небольшое число диффузных ореолов.

В основе определения элементарной ячейки
кристаллич. структуры и её симметрии лежит измерение расположения рефлексов
на электронограммах. Межплоскостное расстояние а в кристалле определяется
из соотношения:

d = LЛlr,

где L - расстояние от рассеивающего образца
до фотопластинки, Л - деорой-левская 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 нек-рые коэффициенты). Измерение интенсивностей рефлексов
позволяет определить структурные амплитуды |Фэлектростатич. потенциала ф(x, у,z) кристалла представляется в виде
ряда Фурье:

(h, k, I - миллеровские индексы, О
- объём элементарной ячейки). Макс, значения ф(x, у, z) соответствуют
положениям атомов внутри элементарной ячейки кристалла (рис. 3). Т. о.,
расчёт значений ф(x, у, z), к-рый обычно осуществляется ЭВМ, позволяет
установить координаты х, у, z атомов, расстояния между ними и т.
п.

Методами Э. были определены мн. неизвестные
атомные структуры, уточнены и дополнены рентгеноструктурные данные для
большого числа веществ, в т. ч. мн. цепных и циклич. углеводородов, в к-рых
впервые были локализованы атомы водорода, молекулы нитридов 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 кристаллич. плёнок, используемых в различных областях совр. техники.
Для процессов эпитаксии существенным является контроль степени совершенства
поверхности подложки до нанесения плёнок, к-рый выполняется с помощью кикучи-электронограмм:
даже незначит. нарушения её структуры приводят к размытию кикучи-линий.

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

Интенсивность каждой точки этих электронограмм
определяется как молекулой в целом, так и входящими в неё атомами. Для
структурных исследований важна молекулярная составляющая, атомную 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 атомов до 10-20, а также характер
их тепловых колебаний в широком интервале темп-р. Таким путём изучено строение
мн. органич. молекул, структуры молекул галогенидов, окислов и др. соединений.
Аналогичным методом проводят анализ атомной структуры ближнего порядка
(см. Дальний порядок и ближний порядок) в аморфных телах, стёклах
и жидкостях.

При использовании медленных электронов
их дифракция сопровождается эффектом Оже и др. явлениями, возникающими
вследствие сильного взаимодействия медленных электронов с атомами. Недостаточное
развитие теории и сложность эксперимента затрудняют однозначную интерпретацию
дифракционных картин. Применение этого метода целесообразно в сочетании
с масс- и Ожеспектроскопией для исследования атомной структуры адсорбированных
слоев, напр, газов, и поверхностей кристаллов на глубину неск. атомных
слоев (на 10- 30 А). Эти исследования позволяют изучать явления адсорбции,
самые начальные стадии кристаллизации и т. д.

Лит.: П и н с к е р 3. Г., Дифракция
электронов, М.- Л., 1949; Вайнштейн Б. К., Структурная электронография,
М., 1956; Звягин Б.Б., Электронография и структурная кристаллография глинистых
минералов, М., 1964. 3. Г. Пинскер.
ЭЛЕКТРОНОГРАФИЯ МОЛЕКУЛ, изучение
атомной структуры молекул методом электронографии. Э. м. в газах
и парах, а также электронография молекулярных кристаллов, аморфных тел
и жидкостей позволила получить новые и уточнить имеющиеся данные о строении
молекул мн. хим. соединений.