Взаимодействие электронного пучка с кристаллическим материалом порождает целую тучу всякого рода вторичных явлений. Их прям очень много. Хитрые человеки в белых халатах напридумывали себе детекторов и научились каждое из этих явлений ловить за бороду. Сегодня поговорим о весьма специфическом таком явлении – формировании линий Кикучи.
Итак, берем пучок ускоренных электронов и направляем его в образец. Образец должен быть сколько-нибудь толстенький, допустим не меньше 70–80 нм. Следим за электронами, которые, попав в образец, задевают электронные оболочки атомов этого образца.
В результате такого задевания наши электроны теряют немного энергии, чуть отклоняются в сторону, снова кого-то задевают. В общем, устраивают толкотню и рассеиваются. Эти электроны внутри образца начинают лететь уже по всевозможным направлениям, но их скорость/энергия меньше, чем была.
Теперь мы вспоминаем, что наш образец – это кристалл, а значит он состоит из многих-многих рядов атомов, которые в свою очередь образуют атомные плоскости. Плоскости мы проводим умозрительно, следуя определенным законам. Плоскостей этих в кристалле полным-полно, и все они уложены под разными углами друг к другу.
Получается, что наши летящие во все стороны рассеянные электроны оказываются вдруг внутри дифракционной решетки. Электроны вспоминают, что они вообще-то еще и волны, и давай себе претерпевать дифракцию на этих решетках.
В зависимости от того, под каким углом и в плоскости с каким межплоскостным расстоянием (какой у них зазор-шаг) электрон врезается, мы можем получить ту или иную картину дифракции. По сути, просто как в экспериментах со щелями и фонариком, но внешне это выглядит немного иначе.
В чем специфика? Как мы сказали выше, изначально электроны рассеяны во всех направлениях равномерно. Пучок поставляет в образец новые электроны, тем самым поддерживая эту рассеянность. Если мы физически перенесем эту рассеянность на экран-детектор, то увидим равномерно засвеченное тусклое пятно.
Что же будет, если некоторые направления вдруг окажутся подходящими для данной ориентировки кристалла? Электроны с этих направлений займутся дифракцией, и на пятне появится линия, которая будет свидетельствовать об этом занятии. Эту линию и называют линией Кикучи, по имени японского физика Сейси Кикучи, который в начале 20-го века предложил описание электронной дифракции.
На практике линий Кикучи от образца всегда много, и по ним можно сделать так же много выводов о его структуре.