第三章-电子衍射.pptVIP

第三章 电子衍射 3.1 概述 透射电镜的主要特点: 组织形貌观察 晶体结构同位分析。 在成像操作中，是使中间镜的物平面与物镜像平面重合，在观察屏上得到的是反映样品组织形态的形貌图像； 在衍射操作中，是使中间镜的物平面与物镜背焦面重合，在观察屏上得到的则是反映样品晶体结构的衍射斑点。 电子衍射：晶体物质对单色电子波产生的衍射现象。 电子衍射的特点 电子束与晶体相互作用时，其原子散射因子比X射线的原子散射因子约大一万倍，故在荧光屏上可以清晰的看见衍射花样，暴光时间短，只需数秒即可。 电子衍射中由于衍射束的强度有时几乎与透射束相当，因此有必要考虑它们之间的交互作用。 由于电子束能在电磁场中聚焦，因此可以对微小区域（如1平方微米）进行衍射分析，这有利于微区、微量的物相鉴定。 由于晶体对电子的散射本领大，电子束较X射线穿透本领弱，因此电子衍射只能对极薄样品进行分析，给工作带来一定局限，但它却适于研究微晶、表面和薄膜的晶体结构。 3.2 电子衍射原理 Bragg定律 倒易点阵与爱瓦尔德球图解法 晶带定理与零层倒易截面 结构因子--倒易点阵的权重 偏离矢量与倒易阵点扩展 电子衍射基本公式 3.2.1 Bragg定律 各晶面的散射线干涉加强的条件是程差为波长的整数倍，即2dsinθ=λ 即Bragg定律。 Bragg定律非常简洁地阐明晶体产生衍射的几何条件，它是分析电子衍射花样的基础。 3.2.2 倒易点阵与爱瓦尔德图解法 倒易点阵的概念 爱瓦尔德球图解法 布拉格方程如何在几何上表达呢？这就是下面要讲的厄瓦尔德球作图法。 1.倒易点阵 1. 倒易点阵的概念 倒易点阵是由晶体点阵（正点阵）按一定对应关系建立的与其相联系的另外一个假想空间点阵。 倒易点阵是与正点阵相对应的量纲为长度倒数的一个三维空间（倒易空间）点阵，它的真面目只有从客观存在的性质及其与正点阵的关系中才能真正了解。 倒易点阵中单位矢量的定义 设正点阵的原点为O，基矢为a、b、c，倒易点阵的原点为O*，基矢为a*、b*、c*，则有： a*=b×c/V, b*=c×a /V, c*=a×b/V. 式中，V为正点阵中单胞的体积： V=a· (b×c) =b· (c×a) =c· (a×b) 表明某一倒易基矢垂直于正点阵中和自己异名的二基矢所成平面 倒易点阵的性质 1. 正倒点阵异名基矢点乘为0; a*· b= a*· c=b*· a=b*· c=c*· b=0 同名基矢点乘为1。 a*· a=b*· b=c*· c=1. 2. 倒易矢量:在倒易点阵中，由原点O*指向任意坐标为hkl的阵点的矢量 ghkl为：ghkl=h a*+k b*+lc* 式中hkl为正点阵中的晶面指数 3. 倒易矢量的长度等于正点阵中相应晶面间距的倒数，即ghkl=1/dhkl 4. 对正交点阵，有 a*∥a，b*∥b，c*∥c， a*=1/a，b*=1/b，c*=1/c， 5. 只有在立方点阵中，晶面法线和同指数的晶向是重合（平行）的。即倒易矢量ghkl是与相应指数的晶向[hkl] 平行的。 ghkl=h a*+k b*+lc* 表明： 1.倒易矢量ghkl垂直于正点阵中相应的 [hkl]晶面，或平行于它的法向Nhkl 2.倒易点阵中的一个点代表的是正点阵中的一组晶面 3.3.2 厄瓦尔德球作图法 在电子衍射的分析过程中，常常要用到厄互尔德球作图法，利用这种方法可以比较直观地观察衍射晶面，入射束和衍射束之间的几何关系。它实际上是布拉格方程的几何表示。 厄互尔德球是位于倒易空间中的一个球面，球之半径等于入射电子波波长的倒数1/λ. 具体作法如下： 1. 在倒易空间中，画出衍射晶体的倒易点阵 2. 以倒易原点0*为端点，作入射波的波矢量，该矢量平行于入射束方向，长度等于波长的倒数，即 K=1/λ 3. 以O为中心，1/λ为半径作一个球，这就是厄瓦尔德球。 4. 此时，若有倒易阵点G（hkl）正好落在厄互尔德球的球面上，则相应的晶面组（hkl）与入射束的位向必满足布拉格条件，而衍射束的方向就是OG或者衍射波矢量K/，其长度等于反射球的半径 。 根据倒易矢量的定义 进行矢量运算有： 由O向O*G作垂线OD，垂足为D ∵ ∴ OD就是正空间（hkl）面方位 设它与入射束的夹角为θ，则有 综上所述，爱瓦尔德球内的三个矢量K、K’和ghkl清楚地描述了入射束、衍射束和衍射晶面之间的相对关系。这个方法成为分析衍射的有效工具。 如