Розділ 6 Електронно-мікроскопічні та

Дифракційні методи досліджень

Вступ

У 1924 році Л. де Бройль уперше висунув гіпотезу про те, що корпускулярно-хвильова природа фотонів є універсальною властивістю всіх матеріальних тіл. Довжина хвилі мікрочастинки чи макроскопічного об’єкта визначається однією і тією самою формулою

де m₀ і υ – маса спокою і швидкість частинки.

Якщо скористатися співвідношенням для кінетичної енергії електрона, який пройшов різницю потенціалів U, то можна отримати дещо іншого вигляду формулу для λ

Якщо λ розрахувати в Å, а U – у В, то попередня формула спрощується до вигляду

а із урахуванням релятивістського ефекту маси –

При U = 50 кВ різниця між точними значеннями (остання формула) і наближеними (попередня) становить лише 2%, а при U = 200 кВ - не менше 10%. Таблиця 6.1 дає уявлення про залежність λ від прискорюючої напруги.

У зв’язку із хвильовими властивостями електронів вони, як і фотони, можуть утворити картини дифракції та інтерференції, що стало методологічною основою створення електронно-оптичних приладів (ПЕМ, РЕМ, електронографи).

Перший ПЕМ з магнітними лінзами запропонували німецькі інженери М. Кноль і Е. Руска (публікації робіт 1931 і 1932 рр.). За створення ПЕМ Е. Руска в 1986 р. отримав Нобелівську премію разом із Біннінгом і Рорером, які винайшли АСМ.

Таблиця 6.1 – Залежність довжини хвилі електрона від прискорюючої напруги

Досягнення у конструюванні ПЕМ були дуже вражаючими, що дало можливість у кінці 1940-х рр. виготовити прилад високої розрізнювальної здатності (δ ≤ 2,0 нм). Паралельно науковці розробляли теорію електронно-мікроскопічного зображення (теорію контрастів), і в 1940-х р. були розвинуті уявлення про тіньовий контраст і започатковані про дифракційний. У 1956 р. було вперше отримано зображення окремих дислокацій у металах і перше зображення кристалографічних площин із відстанню між ними d_hkl = 1,2 нм (Pt) і d_hkl = 0,693 нм (MoO₃). На даний момент отримано зображення, яке відповідає d_hkl ≈ 0,10 нм.