電子衍射與X射線衍射有什麼異同？

01-02

如題

簡短一點的答案，相同點是兩者都是可以把晶體看做一個三維的光柵，對不同位置的原子散射的波進行疊加求和，反映的晶格的對稱性信息；不同點是電子衍射是電子受到在空間上周期性變化勢場的散射，電子與樣品的相互作用往往比x射線衍射與樣品作用要強烈一些，往往不止發生一次散射，即要考慮動力學效應（多次散射），x射線是與核外電子發生作用，與核外的電子分布情況相關。

實用角度的答案，在確定晶體對稱性上，通常是用x射線來定的，因為動力學效應很弱，不會出現本來消光的斑點位置因為多次散射的原因又出現亮斑的情況，因此便於分析，另外很重要的一個原因是x射線的制樣更加容易，不用像透射電鏡樣品那樣糾結，當然如果只是對樣品的表面晶體結構感興趣，可以做LEED。但是對於做納米材料的人來說，電子衍射是必須的，因為x射線的束斑聚不了那麼小,題外話，利用波帶片（zone plate），x射線的解析度的確可以進入納米尺度，但是對於做納米材料的人來說，電子衍射還是更普遍一些,如下是在金屬玻璃中做納米束衍射，最小的照射空間就是電子束斑的半高寬，可以看到隨著照明區域的增大，本來分離的衍射斑點變成了多晶環，這正是金屬玻璃的特徵。Direct observation of local atomic order in a metallic glass : Nature Materials : Nature Publishing Group

用公式來回答，對於單個原子的散射

電子的散射振幅在u方向上是（s=u/2），其實就是勢場的一個傅里葉變化

對x射線來說，其實就是電子分布（電子密度 $ho$ ）的一個傅里葉變換

然後通過泊松方程可以把這兩者聯繫起來，得到大名鼎鼎的mott formula

公式來自王中林的Elastic and Inelastic Scattering in Electron Diffraction and Imaging一書

2016-01-17

表觀上 X-ray 是光子 (電磁波)、不帶電沒有磁性，電子帶負電，中子不帶電、質量較大而且具有磁性；本質上，X 射線是電磁波，沒有靜止質量，均勻介質中速度不變，波動行為在時空上的dispersion，呈現簡單的線性關係；而電子、中子是物質波，具有質量，均勻介質中運動速度可以變化，時空上的 dispersion 呈現平方項。正是這樣的本質差別導致波長 (動量)與頻率 (能量)之間的關係在電磁波 (這裡是 X-ray) 和物質波 (這裡是電子、中子) 之間的截然不同。

電子衍射是二維衍射和 XRD 是一維衍射，它們衍射的基本原理和衍射花樣的幾何特徵相似，而且都遵循勞厄方程或布拉格方程。兩者區別包括：

(1) 電子波的波長短，則受物質散射強（原子對電子的散射能比 X 射線強一萬倍）；

(2) 電子衍射強度大，要考慮它們之間的相互作用，使電子衍射花樣分析，特別是強度分析變得複雜，不能像 X射線一樣從測量強度來廣泛地測定晶體結構；

(3) 由於電子衍射強度高導致電子穿透能力有限，因此較使用於研究微晶、表面和薄膜晶體；

(4) 當晶粒大小只有幾微米，甚至幾千埃的時候，就不建議用 XRD 了，要用透射電鏡在放大幾萬倍下，有目的的選擇這些晶體，用選區電子衍射和微束電衍射來確定其物相和結構。

結論：

(1) XRD 具有電子衍射技術所不能比擬的是它能準確地測定晶胞參數。

(2) 電子衍射是微區結構測量的優勢技術。電子衍射總能在微區細節上顯神通，但晶胞參數等定量結果不能作為標準，而且電子衍射的制樣困難，好的制樣技術甚至比電鏡操作本身更難以掌握。

電子衍射是物質波的衍射,因為電子是一種粒子,可以認為是一種實物,雖然它很小,畢竟是可以被人看到的真實物質,是一種粒子特性

X射線是一種電磁波,不是一種實物...所以更多的表現出波的特性

波是可以產生反射和衍射的,這是波的基本性質,當初證明光是一種電磁波,就是證明它有反射和衍射的性質,所以X射線能衍射不奇怪

但物質(電子)能衍射就奇怪了,還得從前說起

愛因斯坦認為,波有粒子特性(波粒二象性),而德布羅意大膽猜想,物質也有波的性質,稱其為物質波.若干年後,幾位年輕的科學家,用電子(一種粒子物質)做了光柵衍射成功,證明他的猜想正確..

來源：分析測試圈（ID:ifenxiceshi）公眾號

同：都是利用波粒二像性中波的衍射性；之所以存在衍射都起源於被探測物體內電子密度不均；

異：

. 利用的相互作用不同，電子衍射利用的是電子－電子散射；Ｘ射線利用的是光子受Bound electrons的散射；

. 相比於X-ray, 一般電子的波長會更短，所以對應的空間解析度會更高，但同時field of view 更小

. X-ray 穿透能力強於電子，更適於較厚樣品或者 3D 結構研究。整個crystallography學科X-ray 比電子用得更多

相互作用的主要來源不同。

電子衍射主要來自原子核對電子束的散射；而X衍射主要來自核外電子對光的散射。

所以二者可以佐證分析。

如果喜歡，還可以追問二者與中子衍射有何不同。後者的作用屬於強相互作用而非電磁相互作用。

相同點:都遵循衍射的基本定律；

不同點:最大的不同點在於電子衍射波長跟x射線衍射波長不同。

在透射電鏡中，當加速電壓為200kV時，電子束波長數量級約為0.0251埃。常見X射線衍射儀上使用的X射線為銅Kα，其波長為1.54埃。兩者差兩個數量級。金屬晶體的晶格常數如γ-Fe為3.6埃，與銅KαX射線波長在一個數量級。

根據布拉格方程2*d*sinθ=n*λ，得λ/d=2*sinθ*n。代入可知，對電子衍射而言，由於λ/d數量級約為0.01，其衍射角必然極小，大約也就0.01°左右。而對於X射線，由於λ/d數量級為1左右，所以其衍射角可以取0~180°。實際中，x射角衍射角儀的傾轉角一般到100多度，而透射電鏡只需輕微傾轉樣品就能發生衍射。

相同點：二者都是用於物相分析，即檢測晶體結構。都是通過照射樣品產生散射波再干涉增強，最終形成衍射線，這個衍射線對應晶體結構。

不同點：一個是x射線照射樣品，一個是電子束，二者波長有區別，導致解析度不同。

本質上都遵循布拉格定律，特定方向上衍射相干。

相同點：

都是利用波在晶格中衍射獲得晶格結構信息

不同點：

1，波長不同，解析度不同；

2，性質不同，電子有電，x射線沒電。