elektronendiffraction

Elektronendiffraktion bezeichnet die Beugung von Elektronenstrahlen durch periodische Strukturen in Kristallen und liefert Informationen über deren atomare Anordnung. Sie belegt die Wellencharakter der Elektronen gemäß der De-Broglie-Hypothese. Die De-Broglie-Wellenlänge der Elektronen liegt typischerweise im Bereich weniger Ångströme bis Zehntel Ångström, abhängig von der Beschleunigungsspannung.

In Kristallen führt die Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit dem Gitter zu Beugungsmustern. Vereinfacht lässt sich das Muster durch das Bragg-Gleichung beschreiben: nλ = 2d sin θ, wobei λ die Elektronenwellenlänge und d der Gitterabstand ist. Aufgrund der starken Streuung erfordern Elektronenbeugungen in Kristallen oft dynamische Streutheorien, da mehrere Streuvorgänge gleichzeitig auftreten können. Orientierungseffekte führen zu charakteristischen Mustern: einzelne Spots bei gut orientierten Kristallen, ringförmige Muster bei polykristallinen Proben.

Technische Umsetzung: Elektronendiffraktion wird vor allem im Transmissionselektronenmikroskop (TEM) in Form von Selected-Area Diffraction (SAED) genutzt. Für Oberflächenstrukturen verwendet man Low-Energy Electron Diffraction (LEED). Zusätzlich ermöglicht Electron Backscatter Diffraction (EBSD) in SEM-Systemen eine Orientierungskartierung.

Geschichte und Anwendungen: Der Nachweis der Elektronendiffraktion durch Davisson und Germer im Jahr 1927 bestätigte die Wellen-Natur des Elektrons. Anwendungen umfassen Bestimmung von Gitterparametern, Orientierung, Phasenidentifikation und Defektstudien sowie die Strukturaufklärung kleiner Kristalle und Dünnschnittproben.