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 ? – 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 ?
Якщо ? розрахувати в ?, 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 ? 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
U, В
1
103
5·104
3·105
106
?, км/с
6,0·102
1,87·104
1,24·105
2,33·105
2,82·105
?, нм
1,23
0,039
0,005
0,002
0,001
Досягнення у конструюванні ПЕМ були дуже вражаючими, що дало можливість у кінці 1940-х рр. виготовити прилад високої розрізнювальної здатності (? ? 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 dhkl = 1,2 нм (Pt) і dhkl = 0,693 нм (MoO3). На даний момент отримано зображення, яке відповідає dhkl ? 0,10 нм.
