X線回折と電子線回折の大きな違いは、X線回折は入射したX線が異なる方向に回折するのに対し、電子線回折は電子線が干渉して回折することである。

X線回折と電子線回折は、どちらも物質を調べるための分析技術です。また、中性子回折という手法もあります。これらの技術は、物質の結晶構造を明らかにするものです。そのため、これらの技術は固体物理学や化学の分野で幅広く応用されている。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. X線回折とは 3. 電子回折とは 4. 横並び比較-X線回折と電子回折の表形式 5. まとめ

X線回折は何ですか？

X線回折、またはX線結晶学は、結晶の構造を決定するために用いる分析技術である。そのため、入射したX線がさまざまな方向に回折することが理論的に説明されている。つまり、回折ビームの角度と強度を測定することで、結晶中の電子密度の3次元像を決定することができるのだ。このように、電子密度によって、結晶構造中の原子の位置がわかる。さらに、化学結合をはじめ、さまざまな情報を判断することができます。

図01：X線回折装置

結晶は原子が規則正しく並んでいる。X線は電磁波である。そのため、結晶中の原子は、原子の電子を介してX線ビームを散乱させることができる。その結果、X線が電子に当たり、二次波（球面波）が発生する。電子が散乱体として働くこの過程を「弾性散乱」と呼んでいます。しかし、これらの波は破壊的な干渉によって互いに打ち消し合っている。

電子線回折は何ですか？

電子線回折は、物質を研究するための分析技術です。そこで、試料に電子線を発射し、その干渉縞を観察するというのがこの技術の理論である。干渉とは、振幅の大きい、小さい、または等しい2つの波によって形成される合成波と定義されています。通常、この実験は透過型電子顕微鏡（TEM）や走査型電子顕微鏡（SEM）で行う。この装置では、加速電子ビーム（静電ポテンシャルによって加速される）を使用します。

図02：電子線回折図

結晶性固体は、周期的な原子構造を持っています。この周期的な構造は、回折格子として機能する（電子ビームを方向の異なる複数のビームに分割する）。そこでは、電子の散乱が予測可能な形で起こる。回折図から、予測される結晶構造の詳細を知ることができます。しかし、この手法には位相問題（物理的な測定を行う際に発生しうる位相に関する情報の喪失の問題）による大きな制約がある。

X線回折と電子回折の違い

X線回折と電子線回折の大きな違いは、X線回折は入射したX線が異なる方向に回折するのに対し、電子線回折は電子線が干渉して回折する点である。

また、X線回折はX線ビームを使うのに対し、電子回折は電子ビームを使う。X線回折と電子線回折のもう一つの重要な違いとして、電子線回折は位相の問題で制限されるが、X線回折にはほとんど影響がないことがあげられる。X線回折と電子線回折の違いについては、インフォグラフィックで詳しく解説しています。

概要 - X線回折 vs. 電子回折

X線回折と電子線回折は、どちらも結晶の構造を知るための技術ですが、X線回折は入射したX線が異なる方向に回折するのに対し、電子線回折は電子線が干渉することが大きな違いと言えます。

引用

1 「X線結晶学」、ウィキペディア、ウィキメディア財団、2018年11月7日。ここでは、そのうちの2つを紹介します。"電子線回折", ウィキペディア, ウィキメディア財団, 2018年7月12日.2 available here "Electron diffraction", Wikipedia, Wikimedia Foundation, 12 July 2018.