Elektrondiffraktion är processen för spridning av elektroner av en uppsättning materiepartiklar, där elektronen uppvisar vågegenskaper . Detta fenomen förklaras av våg-partikeldualitet , i den meningen att en partikel av materia (i detta fall en elektron som interagerar med materia) kan beskrivas som en våg.
Under vissa förhållanden, genom att föra en elektronstråle genom ett material, är det möjligt att fixera ett diffraktionsmönster som motsvarar materialets struktur. Därför har elektrondiffraktionsprocessen använts i stor utsträckning i analytiska studier av olika material. Metoder för att studera materiens struktur baserade på spridningen av accelererade elektroner på provet som studeras kallas ibland elektrondiffraktion . Elektrondiffraktion liknar röntgendiffraktionsanalys och neutrondiffraktion .
De Broglies hypotes , formulerad 1924, förutspådde att partiklar, som fotoner, borde ha en vågkaraktär . De Broglies formel bekräftades tre år senare för elektroner (som har en vilomassa) med observation av elektrondiffraktion i två oberoende experiment av Thomson och Joseph Davisson , för vilka de senare fick Nobelpriset i fysik .
Lågenergielektrondiffraktionsförkortning - DME, LEED, annars lågenergielektrondiffraktionsförkortning - LEED - en metod för att studera strukturen på ytan av fasta ämnen, baserad på analys av diffraktionsmönster för lågenergielektroner med en energi på 30 -200 eV, elastiskt spridd från ytan under studie.
Högenergielektrondiffraktionsförkortning (RHEED) är en metod för att studera ytstrukturen hos fasta ämnen baserad på analys av diffraktionsmönster för elektroner med en energi på 5–100 keV elastiskt spridda från ytan som studeras vid betesvinklar.
1948 bekräftade L. Biberman, N. Sushkin och V. Fabrikant experimentellt att vågegenskaper är inneboende inte bara i flödet av elektroner, utan även i varje elektron separat [1] . Experimentet visade att även i fallet med en svag elektronstråle, när varje elektron passerar genom enheten oberoende av de andra, skiljer sig diffraktionsmönstret som uppstår under en lång exponering inte från de diffraktionsmönster som erhålls under en kort exponering för elektronflöden som är miljontals gånger mer intensiv.
Elektrondiffraktion av en fast substans används vanligtvis i ett transmissionselektronmikroskop , där elektroner passerar genom en tunn film eller partikel av provet som studeras. Det resulterande diffraktionsmönstret observeras på en självlysande skärm och spelas in antingen på film eller på en CCD-kamera .
Som regel observeras det i ett svepelektronmikroskop , utrustat med en speciell fäste, men det kan också observeras i ett transmissionselektronmikroskop .
Gaselektrondiffraktion är en metod för att studera strukturen hos molekyler . I en elektrondiffraktionsstudie riktas ett kollimerat elektronflöde längs ett relativt långt evakuerat rör, i vilket testämnet ( gasformigt eller förvandlas till gas vid injektionsögonblicket) injiceras från sidan.
Varje ämnesmolekyl fungerar som en uppsättning diffraktionsgitter med perioder lika med alla möjliga avstånd mellan molekylens atomer . Genom att diffraktera avviker elektronerna från sin ursprungliga riktning, varefter den centrala delen av flödet som sprids av ämnet registreras i änden av röret av en fotografisk platta (efter framkallning är koncentriska cirklar synliga på den ) eller av en annan detektor , och elektroner som avviker tillräckligt starkt absorberas av rörets väggar och registreras inte. Numerisk analys av diffraktionsmönstret gör det möjligt att beräkna avstånden mellan atomerna i en molekyl, och kunskap om molekylens struktur gör det möjligt att korrelera de beräknade avstånden med vissa atompar.
Med hjälp av gaselektrondiffraktion beräknas den rumsliga formen av molekyler, fri från påverkan av närliggande molekyler (i ett ämne som är i ett flytande eller fast aggregationstillstånd är sådan ömsesidig påverkan oundviklig och förvränger den rumsliga strukturen). En jämförelse av resultaten från en elektrondiffraktionsstudie av ångorna av ett ämne med resultaten av en röntgenstudie av kristaller av samma ämne visar inverkan av närliggande molekyler på molekylen.