Difracción de electrones

Jessica Enamorado HoyosBeatriz Salgado Morelo

Randy Espitia Petro

CONTENIDO

1. Definición de difracción de electrones.2. Utilización.3. Historia.4. Teoría.

4. 1. Interacción de los electrones con la materia.5. Difracción de electrones en un microscopio electrónico

de transmisión.5. 1. Beneficios.5.2. Funcionamiento.5.3. Limitaciones.

Difracción DE ELECTRONESEs una técnica utilizada para estudiar la materia haciendo que un haz de electrones incida sobre una muestra y observando el patrón de interferencia resultante. Este fenómeno ocurre gracias a la dualidad onda-partícula, que establece que una partícula de materia (en este caso el electrón que incide) puede ser descrita como una onda. Por esta razón, un electrón puede ser considerado como una onda muy similar al sonido o a ondas en el agua. Esta técnica es similar a la difracción de los rayos-X o la difracción de neutrones.

Definición de difracción de electrones

Utilización

La Difracción de electrones es frecuentemente utilizada en física y química de sólidos para estudiar la estructura cristalina de los sólidos. Estos experimentos se realizan normalmente utilizando un microscópio electrónico por transmisión (MET o TEM por sus siglas en inglés), o un microscopio electrónico por escaneo (MES o SEM por sus siglas en inglés), como el utilizado en la difracción de electrones por retrodispersión. En estos instrumentos, los electrones son acelerados mediante electroestática potencial para así obtener la energía deseada e incrementar su longitud de onda antes de que este interactúe con la muestra en estudio.

La hipótesis de De Broglie, formulada al final de 1926, propone que las partículas también se comportan como ondas. Tres años más tarde, la fórmula de De Broglie se comprobó para los electrones (que poseen masa en reposo) mediante la observación de la difracción de electrones en dos experimentos independientes. Uno realizado por George Paget Thomson, en la Universidad de Aberdeen, quien hizo pasar un haz de electrones a través de una delgada capa de metal y observó los patrones de interferencia predichos. El otro experimento lo realizaron Clinton Joseph Davisson y Lester Halbert Germer en los Laboratorios Bell, ellos hicieron pasar un haz de electrones a través de una rejilla cristalina. Por este trabajo, Thomson y Davisson compartieron el Premio Nobel de Física en 1937.

Historia.

Experimento de Difracción de ElectronesClinton Davisson y Lester Halbert Germer (1927)

George Paget Thomson (1927)

Patrón de Difracción Rayos X Patrón de Difracción Electrones

A diferencia de otros tipos de radiación utilizados en estudios de difracción de materiales, tales como los rayos-X y los neutrones, los electrones son partículas que poseen carga e interactúan con la materia a través de la fuerza eléctrica. Esto significa que los electrones que inciden son influenciados tanto por la carga positiva del núcleo atómico como por los electrones que rodean el núcleo. En comparación, los rayos-X interactúan con la distribución espacial de los electrones en las capas exteriores (electrones de valor), mientras que los neutrones son dispersados por la fuerza de la interacción nuclear fuerte del núcleo. Además, el momento magnético de los neutrones es diferente de cero, por lo que también son dispersados por campos magnéticos. La diferencia en la manera en la que las tres formas de radiación interactúan con la materia permite que se puedan utilizar en diferentes tipos de análisis.

Interacción de los electrones con la materia.

Difracción de electrones en un microscopio electrónico de transmisión.

La difracción de electrones en sólidos se realiza usualmente con un microscopio electrónico de transmisión donde los electrónes pasan a través de una película ultra delgada del material en estudio. El patrón de difracción resultante es observado en una pantalla fluoroscente, fotografiado en película o en forma digital.

Difracción DE ELECTRONES

En un microscopio electrónico de transmisión, se puede seleccionar un simple grano de cristal o partícula para realizar el experimento de difracción. Esto significa que estos experimentos pueden realizarse sobre cristales de tamaño nanométrico, mientras que otras técnicas de difracción deben utilizar una muestra multicristalina limitando la observación. Además, la difracción de electrones en un MET puede ser combinada con imágenes directas de la muestra, incluyendo imágenes de alta resolución de la trama del cristal, y otras técnicas tales como el análisis químico de la composición de la muestra mediante una espectroscopía de dispersión de energía con rayos-X, investigación de la estructura electrónica y atracción con una espectroscopía por pérdida de energía electrónica, y estudios del potencial promedio interno con una holografía de electrones.

Beneficios.

El Microscopio Electrónico de Transmisión

El Microscopio Electrónico de Transmisión

Funcionamiento.

1: Esquema del recorrido de un haz de electrones en un MET.

2: Patrón de difracción típico obtenido en un MET con un haz de electrones paralelo.

• La difracción de electrones con un MET tiene varias limitaciones importante. Primero, la muestra debe ser transparente a los electrones, lo que significa que el ancho de la muestra de ser del orden de 100 nm o menos. Por consiguiente, puede que se necesite una preparación lenta y cuidadosa de la muestra. Además, muchas muestras son vulnerables a los daños de la radiación del haz de electrones.

Limitaciones.

GRACIAS