Структурная электронография - Вайнштей Б.К.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 1. Одномерная схема распределения электронной плотности р (х),
электростатического потенциала ф (х) и ядерной рассеивающей способности 8
(х) в кристалле с покоящимися атомами.
7
когерентное рассеяние в объекте, т. е. рассеяние, происходящее без обмена
энергией падающего излучения с объектом и без изменения длины волны этого
излучения. Характеристикой величины взаимодействия излучения с веществом
является отношение интенсивности когерентно рассеянного атомом излучения
к начальной, которое определяется абсолютной величиной атомных амплитуд
рассеяния. При оценке порядка этих величин в рентгенографии,
электронографии и нейтронографии можно не принимать во внимание их
зависимость от сорта атомов (атомного номера Z) и от угла рассеяния. В
среднем абсолютная величина атомной амплитуды рассеяния рентгеновых лучей
составляет примерно lOt-11 см. Абсолютные значения атомной амплитуды
рассеяния электронов (как это подробно рассмотрено ниже) имеют величину
порядка 10~8 см. Абсолютные значения амплитуд рассеяния нейтронов -
величины порядка 10"12 см. Так как интенсивности пропорциональны
квадратам амплитуд, то при отношении атомных амнли-туд /рент : /эл : /н"
1 : Ю3: Ю-*1 отношение соответствующих интенсивностей будет: 1 :106:10"2.
Приведенные числа относятся к рассеянию одним атомом, для кристаллов же,
представляющих собой коллектив из большого числа атомов, интенсивность
рассеяния пропорциональна этому числу.
Чтобы получить примерно одинаковую рассеянную интенсивность, доступную
измерениям, величина просвечиваемых образцов должна сильно отличаться в
зависимости от применяемого излучения. Для рентгеновых лучей линейный
размер образца должен быть около 1 мм, для электронов - порядка 10"6-10"5
см; для нейтронов - несколько миллиметров. Увеличение толщины образца
ограничивается возрастанием при этом эффектов некогерентного рассеяния,
вторичного рассеяния уже диффрагированных пучков, поглощения и т. п.
Для рентгеновых лучей (и нейтронов) на интенсивность пучков почти не
влияет рассеяние в воздухе. При проведении опытов по диффракции
электронов необходим, однако, высокий вакуум, так как электронные пучки в
атмосфере сразу же рассеиваются и поглощаются.
При регистрации рентгеновых лучей и электронов фотографическим путем для
величин необходимых экспозиций сохраняются указанные выше соотношения.
Экспозиции для рентгеновых лучей составляют часы (при значительно большей
мощности источников и высокочувствительных фотоматериалах), для
электронов - секунды. Регистрация нейтронов производится практически
только счетчиками. Таким образом, наиболее "быстрым" методом оказывается
электронография.
Однако электронографическая аппаратура несколько сложнее
рентгенографической. Применение нейтронографии стало возможным
практически только с появлением мощных источников нейтронов - ядерных
реакторов (котлов). Аппаратура для электронографических и
рентгенографических исследований все время совершенствуется.
Существенно важным для применения того или иного из указанных методов
является вопрос о наличии образцов, дающих диффракционную картину,
подходящую для исследования атомной структуры. Для рас-
шифровки кристаллов достаточно сложной структуры (а сложность объектов
исследований все время возрастает) необходимо зарегистрировать весь набор
в несколько сотен или более тысячи отражений, характеризующих данную
структуру, т. е. получить полное диффрак-ционное поле. Существенно
разделение отражений, т. е. измерение интенсивности каждого из них в
отдельности. Наиболее удобна в этом отношении рентгенография.
Кинематические методы съемки, для использования которых нужно иметь
монокристалл размером 1-0,1 мм, дают здесь полный набор разделенных
отражений. Это обеспечило рентгенографии и будет обеспечивать ей и далее
основное место в структурном анализе кристаллов.
Применяемые в электронографии образцы в виде тончайших пленок дают
диффракционные картины, также позволяющие в большинстве случаев проводить
структурные исследования. Подробнее об электронографии сказано в
следующем параграфе.
Образцы для нейтронографического исследования должны быть по размерам
примерно такими же, как и в рентгенографии. Применение нейтронографии
нецелесообразно при исследовании новых, сложных структур вследствие
длительности регистрации диффракционных картин при помощи счетчиков.
Однако нейтронография незаменима для решения специальных задач,
связанных, например, с изотопическими замещениями, магнитными эффектами и
т. п.
Целесообразное применение каждого из трех методов исследования, а в ряде
случаев - их сочетание, позволяет в настоящее время разрешать с большой
точностью и полнотой задачи структурного исследования любых объектов.
§ 2. Применения диффракции электронов.
Структурная электронография [1-6]
Диффракция электронов была открыта в 1927 г. Девиссоном и Джер-мером,
которые исследовали отражение так называемых медленных (т. е. ускоряемых
