главная > справочник > химическая энциклопедия:

ЭЛЕКТРОНОГРАФИЯ

ЭЛЕКТРОНОГРАФИЯ, метод исследования атомной структуры вещества, главным образом кристаллов. основанный на дифракции электронов (см. Дифракционные методы). Существует неск. вариантов метода. Основным является электронография на просвет, при этом используют дифракцию электронов высоких энергий (50-300 кэВ, что соответствует длине волны ок. 5-10^-3 нм). электронография 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 вакуум.ым распылением. Образцы представляют собой мозаичный монокристалл. текстуру или поликристалл.

Рис. 1. Электронограмма от текстуры In₂Se₃.

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 электронография 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 электронография исследованы структуры ионных кристаллов. кристаллогидратов. оксидов. карбидов и нитридов металлов, полупроводниковых соединений, орг. веществ, полимеров. белков. разл. минералов (в частности, слоистых силикатов) и др. электронография 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 пов-сти образца, проникая на глубину 5-50 нм. Дифракц. картина в этом случае отражает структуру пов-сти. 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 электронография 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, например, 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 электронография при дифракции в электронном микроскопе применяют др. спец. методы, например 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 электронография молекул в газах, которая позволяет устанавливать строение свободных молекул орг. и неорг. веществ, молекул в парах ряда соединений, например 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.