Elektrondiffraksjon er et fenomen som viser at elektroner oppfører seg som bølger. Når bølger sendes gjennom spalter som er omtrent like store som bølgelengden, spres de og påvirker hverandre ved interferens. Dette fenomenet kalles diffraksjon. 

Bølgelengden for elektronene er bestemt av farten på elektronene. Det er mulig å gi elektronene en slik fart at bølgelengden blir slik at elektronene spres av molekyler. Spredningsmønsteret gir informasjon om hvor stor avstanden mellom atomkjernene i molekylet er. Det betyr at elektrondiffraksjon kan brukes til strukturbestemmelse av molekyler i en gass slik det ble funnet i 1912 at man kunne gjøre med røntgenstråler for molekyler i et fast stoff (se røntgendiffraksjon). Fordelen med å bestemme strukturen av molekyler i en gass er at i en gass er molekylene frie mens i et fast stoff er de pakket sammen i en krystall.

Opprinnelig ble et elektron betraktet som en partikkel. Men Joseph Davisson og George Paget Thomson påviste tidlig på 1920-tallet at elektronene spres som en bølge. For den oppdagelsen ble de tildelt Nobelprisen i fysikk i 1937. Da var allerede flere i gang med å bygge utstyr for elektrondiffraksjon. To av de første var Peter Debye og Herman Mark.

Professor Odd Hassel ved Kjemisk institutt ved Universitetet i Oslo ble tidlig interessert  i metoden. Herman Mark hadde vært hans veileder i Berlin i 1920-årene. Hassel kjøpte kommersielt utstyr for elektrondiffraksjon, men fant at det var for dårlig. Han bestemte seg derfor på slutten av 1930-tallet å få bygget et Interferensapparat ved instituttet i samarbeid med fysikere ved Universitetet i Oslo. Han hadde da arbeidet fra 1929 til 1934 med røntgendiffraksjon ved Mineralogisk institutt på Tøyen i professor Victor Moritz Goldschmidts laboratorier og sett hva det var mulig å få til på universitetet. I 1934 ble han utnevnt til professor i fysikalsk kjemi og flyttet inn i en egen etasje i den nye Fysikk-kjemibygningen på Blindern. Nå hadde han tyngde til å virkelig bygge opp sin egen forskningsgruppe.

En tynn gasstråle av det stoffet man vil bestemme strukturen av, blir sendt inn i et evakuert kammer hvor den treffes av en elektronstråle. Spredningsbildet (interferensdiagrammet) som fremkommer blir registrert på en fotografisk plate. Hassels student og medarbeider Christen Finbak, konstruerte en vifte som gjør at en større del av platen gir brukbare data. Fra spredningsbildet  kan man beregne en kurve med topper som gir avstanden mellom atomkjernene i molekylet som studeres. Fra disse avstandene kan man konstruere strukturen av molekylet. Molekylet kan ikke inneholde for mange atomer fordi da vil det være vanskelig å tolke kurven.

Beregningen kalles en fourriertransformasjon (FFT) og var tidkrevende til å begynne med. En av Hassels tidlige studenter var Henry Viervoll. (To av figurene i margen er tatt fra hanshovedoppgave fra 1941.) Viervoll var etter krigen sentral i å få bygget Nusse, den første digitale datamaskinen i Norge. Den forenklet det manuelle arbeidet betraktelig.

Metoden ble i årene fra 1939 utviklet både instrumentelt og teoretisk i Oslo av bl. a. Hans Martin Seip. Gruppen samarbeidet tett med en gruppe i Trondheim fra midt på 1950-tallet (se Marit Trætteberg) og senere med andre grupper i verden fra Sovjetunionen, Japan og USA.

Resultatene som ble oppnådd med elektrondiffraksjon i gasser var sentrale i Odd Hassels arbeider som førte til at han ble tildelt Nobelprisen i kjemi i 1969. Han, og hans medarbeidere som Otto Bastiansen, påviste at flere konformere av et molekyl kan være til stede samtidig i gassen (se konformasjon). (Det viser en fordel med elektrondiffraksjon fremfor røntgendiffraksjon. I en krystall vil det bare være en konformer, men i en gass (eller i løsning) kan det være flere.) 

Av forskere som arbeidet i elektrondiffraksjonsgruppen i de senere år, og studerte annet enn sykloheksanderivater, kan nevnes Arne Haaland

Elektrondiffraksjon av gasser var begrenset til molekyler som besto av relativt få atomer og benyttes ikke lenger i Norge snart femti år etter at Hassel fikk Nobelprisen.

Da elektronene bremses hurtig i stoffet må stoffet foreligge som tynne preparater.  Ved lave elektronenergiene kan man undersøke sjikt på kun 2–3 atomlag, mens man ved høye energier kan undersøke lag på opptil 100 nm. Størst interesse har undersøkelser ved høye energier, hvor man enten bruker egne diffraksjonskameraer eller elektronmikroskoper. Man kan her studere krystallstrukturdefektergrenseflater og endringer som følge av korrosjon. Elektrondiffraksjon er derfor et sentralt hjelpemiddel innen materialvitenskap og faststoff-fysikk. En norsk forsker som har gjort en stor innsats på dette feltet er professor Jon Gjønnes.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om eller kommentarer til artikkelen?

Kommentaren din vil bli publisert under artikkelen, og fagansvarlig eller redaktør vil svare når de har mulighet.

Du må være logget inn for å kommentere.