Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Řešitelé: Lukáš Palatinus, Mariana Klementová, Markéta Jarošová, Michal Dušek

Precesní elektronová difrakce (PED) je nová difrakční metoda, kterou lze použít ke studiu atomární struktury velmi malých krystalických vzorků. Její potenciál vynikne zejména tehdy, je-li kombinována s ostatními běžnými difrakčními metodami, tj. s rentgenovou difrakcí na monokrystalických a práškových vzorcích. Možnost užívat tyto tři komplementární metody je cílový stav, k němuž by Oddělení strukturní analýzy mělo dospět v příštích několika letech.

Úvod do metody PED. Elektronová difrakce je poměrně snadno dostupná technika, neboť je k dispozici prakticky na každém transmisním elektronovém mikroskopu. Elektrony o energii 100-300keV silně interagují s hmotou, takže elektronová difrakce je měřitelná již u velmi malých vzorků, počínaje velikostí několik nanometrů. Jako metoda k určování atomární struktury krystalických látek však elektronová difrakce naráží na zásadní problém. V důsledku velmi silné interakce elektronového paprsku se vzorkem dochází k výrazné vícenásobné, tzv. dynamické difrakci, a difraktovaná intenzita nemůže být popsána v rámci poměrně jednoduché kinematické teorie difrakce. Kinematická teorie difrakce je ovšem základem metod umožňujících vyřešení fázového problému a stanovení atomární struktury. Z tohoto důvodu až donedávna nebyla elektronová difrakce použitelná pro rutinní strukturní analýzu.

Dynamické efekty rostou s počtem současně difraktujících reflexí. K tomu dochází tehdy, když primární elektronový paprsek je paralelní s některou zonální osou krystalu. Na druhé straně toto je orientace, kdy lze současně registrovat na jeden obrázek detektoru maximální počet difraktovaných paprsků, což je výhodné z hlediska efektivity měření. Rozpor vyřešili Vincent a Midgley (Vincent & Midgley, 1994), kteří vyvinuli tzv. precesní difrakční techniku. Při ní krystal zůstává orientován podle vybrané zonální osy, ale primární elektronový paprsek provádí richly precesní pohyb po plášti kužele s vrcholem na vzorku a s osou podél osy zóny krystalu. Při této geometrii není tedy difrakční obraz nikdy přesně zorientován, a tím dochází k potlačení dynamických efektů, ale rotace vzorku zajistí, že všechny reflexe příslušející dané zóně jsou postupně zaregistrovány. Získané difraktované intenzity jsou mnohem blíže ke kinematické difrakci známé z rentgenové krystalografie a data lze použít k řešení krystalových struktur.

Elektronový difraktometr. V oddělení strukturní analýzy máme bohaté zkušenosti s řešením struktur pomocí experimentů na monokrystalovém rentgenovém difraktometru, a tyto zkušenosti bychom chtěli uplatnit při sběru a analýze elektronových difrakčních dat. Naším cílem je vyvinout techniky automatického sběru difrakčních dat a jejich analýzy způsobem, který je běžný v rentgenové difrakci, ale který se teprve teď začíná uplatňovat v elektronové difrakci. Výsledkem by měl být experimentální a výpočetní systém, který umožní relativně rutinní určování struktur mikrokrystalů elektronovou difrakcí podobně, jak je to dnes běžné v rentgenové monokrystalové difrakci.

Literatura
Vincent, P.A. Midgley, Ultramicroscopy 53 (1994) 271