электронография

ЭЛЕКТРОНОГРАФИЯ

метод исследования атомной структуры вещества, гл. обр. кристаллов, основанный на дифракции электронов (см. дифракционные методы). Существует неск. вариантов метода. Основным является Э. на просвет, при этом используют дифракцию электронов высоких энергий (50–300 кэВ, что соответствует длине волны ок. 5∙10⁻³ нм). Э. проводят в спец. приборах — электронографах, в которых поддерживается вакуум 10⁻⁵–10⁻⁶ Па, время экспозиции ок. 1 с, или в трансмиссионных электронных микроскопах (см. электронная микроскопия). Образцы для исследований готовят в виде тонких пленок толщиной 10–50 нм, осаждая кристаллич. вещество из растворов или суспензий, либо получая пленки вакуумным распылением. Образцы представляют собой мозаичный монокристалл, текстуру или поликристалл.

_{Рис. 1. Электронограмма от текстуры In2}Se₃.

Дифракционная картина — электронограмма — возникает в результате прохождения начального монохроматич. пучка электронов через образец и представляет собой совокупность упорядочение расположенных дифракц. пятен — рефлексов (рис. 1), которые определяются расположением атомов в исследуемом объекте. Рефлексы характеризуются межплоскостными расстояниями d_hkl в кристалле и интенсивностью I_hkl, где h, k и l — миллеровские индексы (см. кристаллы). По величинам и по расположению рефлексов определяют элементарную ячейку кристалла; используя также данные по интенсивности рефлексов, можно определить атомную структуру кристалла. Методы расчета атомной структуры в Э. близки к применяемым в рентгеновском структурном анализе. Расчеты, обычно проводимые на ЭВМ, позволяют установить координаты атомов, расстояния между ними и т. д. (рис. 2).

_{Рис. 2. Кристаллическая структура 2,5-дикетопиперазина, рассчитанная с помощью ЭВМ. Сгущение линий соответствует положениям атомов С, N, О и Н.}

Электронографически можно проводить фазовый анализ вещества (в этом случае совокупность значений I_hkl и d_hkl сравнивают с имеющимися банками данных), можно изучать фазовые переходы в образцах и устанавливать геом. соотношения между возникающими фазами, исследовать полиморфизм и политипию. Методом Э. исследованы структуры ионных кристаллов, кристаллогидратов, оксидов, карбидов и нитридов металлов, полупроводниковых соединений, орг. веществ, полимеров, белков, разл. минералов (в частности, слоистых силикатов) и др. Э. часто комбинируют с электронной микроскопией высокого разрешения, позволяющей получать прямое изображение атомной решетки кристалла.

При изучении массивных образцов используют дифракцию электронов на отражение, когда падающий пучок как бы скользит по поверхности образца, проникая на глубину 5–50 нм. Дифракц. картина в этом случае отражает структуру поверхности. При этом можно изучать явления адсорбции посторонних атомов, эпитаксию, процессы окисления и т. п. Если кристалл обладает атомной структурой, близкой к идеальной, и дифракция на просвет или на отражение происходит на глубине ~ 50 нм или более, то получается дифракционная картина с т. наз. линиями Кикучи, на основании которой можно делать выводы о совершенстве структуры.

В Э. электронов низких энергий (10–300 эВ) электроны проникают на глубину всего в 1–2 атомных слоя. По интенсивности отраженных пучков можно установить строение поверхностной атомной решетки кристаллов. Этим методом установлено отличие поверхностной структуры кристаллов Ge, Si, GaAs, Mo, Au и мн. др. от внутр. структуры, т. е. наличие поверхностной сверхструктуры. Так, напр., для Si на Грани (111) образуется структура, обозначаемая 7 x 7, т. е. период поверхностной решетки в этом случае превышает период внутр. атомной структуры в 7 раз, в др. кристаллах образуются поверхностные решетки 2 х 2, 2 х 4, 4 х 4 и т. п.

В Э. при дифракции в электронном микроскопе применяют др. спец. методы, напр. метод сходящегося пучка и нанодифракции тонкого луча. В первом случае получают дифракц. картины, по которым можно определять симметрию (пространств. группу) исследуемого кристалла. Второй метод дает возможность изучать мельчайшие кристаллы с поперечником в неск. нм. Известна также Э. молекул в газах, которая позволяет устанавливать строение свободных молекул орг. и неорг. веществ, молекул в парах ряда соединений, напр. галогенидов металлов.

^{Лит.: Вайнштейн Б. К., Структурная электронография, М., 1956; Высоковольтная электронография в исследовании слоистых минералов, М., 1979; Electron diffraction technique, v. 1–2, ed. by I. M. Cowley, Oxf., 1992–93.}

_{Б. К. Вайнштейн}