Электронная кристаллография
-
История электронной кристаллографии
- Метод основан на дифракции электронов для определения положения атомов в твердых телах.
- Включает использование изображений просвечивающей электронной микроскопии и дифрактограмм электронов.
- Успешно применяется для определения объемных и поверхностных структур.
-
Развитие метода
- Появился вскоре после открытия дифракции электронов в 1927-28 годах.
- В 1950-х годах заложил основу для количественной работы.
- Современные данные получают путем объединения изображений с дифракцией электронов.
-
Основные достижения
- Луи де Бройль представил концепцию электронов как волн материи.
- Ханс Бете разработал модель дифракции электронов на основе уравнения Шредингера.
- Вальтер Коссель и Готфрид Мелленштедт разработали дифракцию электронов на сходящемся пучке.
-
Развитие анализа данных
- Дуглас Л. Дорсет и Герберт А. Гауптман предложили использовать прямые методы рентгеновской кристаллографии.
- Кунио Таканаяги реконструировал структуру кремния с помощью дифракции электронов.
- Джон Дженнес объединил трехмерную дифракцию электронов с прецессионной дифракцией для решения проблемы интерметаллидов.
-
Сравнение с рентгеновской кристаллографией
- Электронная кристаллография дополняет рентгеновскую для изучения маленьких кристаллов.
- Электроны сильнее взаимодействуют с атомами, что позволяет формировать изображения.
- Рентгеновские лучи не подходят для тонких двумерных кристаллов.
-
Проблемы и решения
- Радиационное повреждение ограничивает разрешение.
- Электронная криомикроскопия используется для ограничения радиационного повреждения.
- МикроЭД исследовал радиационное повреждение тонких трехмерных кристаллов.
-
История электронной кристаллографии белков
- Первая структура с атомарным разрешением: бактериородопсин (1990)
- Промежуточное разрешение: мембранный белок (1975)
- Другие структуры с высоким разрешением: светособирающий комплекс, никотиновый ацетилхолиновый рецептор, бактериальный жгутик
- Структура аквапорин-0 с самым высоким разрешением
- Трехмерные нанокристаллы белка (2012)
-
Применение к неорганическим материалам
- Исследования с использованием изображений электронной микроскопии высокого разрешения (ЭЭМ) (1978, 1984)
- Важность тонких областей для анализа структуры
- Методы моделирования изображений: алгоритм мультиспирания Каули-Муди, теория нелинейной визуализации, метод БПФ
- Использование картин дифракции электронов (ЭД)
- Важность сохранения различий в интенсивности отражений
- Методы определения кристаллической структуры: прямые методы, методы максимального правдоподобия, метод изменения заряда
- Гибридный подход: изображения HRTEM и интенсивности ЭД
- Метод прецессии Винсента-Мидгли для регистрации дифракционных картин электронов
-
Проверка и уточнение структур
- Использование расчетов по основным принципам в рамках теории функционала плотности (DFT)
- Решение проблемы поверхностных структур
- Проверка структур, богатых металлами
-
Современные достижения
- Определение сложных структур цеолита с помощью электронной кристаллографии и рентгеновской порошковой дифракции
-
Рекомендации
- Дальнейшее чтение: электронная кристаллография — электронная микроскопия и дифракция электронов (2011)
- Внешние ссылки: интервью с Аароном Клагом, лауреатом Нобелевской премии по физике