इलेक्ट्रॉन विवर्तन

इलेक्ट्रॉन विवर्तन : प्रकाशाच्या विवर्तनाप्रमाणेच इलेक्ट्रॉनांचे विवर्तन (तरंगांचा किंवा तणांचा पार्य किंवा अपार्य पदार्थांच्या कडेवरून जाताना होणारा दिशाबदल) घडू शकते. या इलेक्ट्रॉन विवर्तनाचे दुहेरी महत्त्व आहे. यामुळे (१) तरंगयामिकीच्या (गतिशील कणांना, उदा., प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन इ., प्राप्त होणाऱ्या तरंग-गुणधर्मांचा अभ्यास करणाऱ्या शास्त्राच्या) परिकल्पनांना प्रत्यक्ष पुरावा मिळतो (२) रेणवीय संरचना, स्फटिकांची वाढ व पदार्थांच्या पृष्ठभागांच्या अभ्यास करता येतो.

इलेक्ट्रॉन तरंग, द ब्रॉग्‍ली परिकल्पना आणि आधारभूत प्रयोग :तरंगांचे गुणधर्म व्यतिकरण (दोन किंवा अधिक तरंगमालिका एकमेकांवर येऊन पडतात तेव्हा अशा ठिकाणी घडून येणारा आविष्कार), विवर्तन वगैरे आविष्कारांवरून व कणांचे गुणधर्म प्रकाशविद्युत् परिणाम (धातूच्या पृष्ठभागावर प्रकाश पडल्यास इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन होणे), ⇨ कॉम्पटन परिणाम  वगैरे आविष्कारांवरून प्रतीत होतात. यावरून प्रकाशाला दुहेरी गुणधर्म असावेत असे दिसते. या दोन प्रकारच्या गुणधर्मांची संगती लावण्याच्या प्रयत्‍नात द ब्रॉग्‍ली यांना, कणांनाही तरंगांचे गुणधर्म असावेत अशी कल्पना सुचली. प्रत्येक वेगवान कणाला अनुरूप अशी त्याची λ = h/mv इतकी तरंगलांबी असावी, अशी कल्पना द ब्रॉग्‍ली यांनी १९२४ मध्ये प्रथम मांडली. येथे l ही तरंगलांबी असून m कणाचे वस्तुमान, v कणाचा वेग व  h हा प्लांक विश्व स्थिरांक आहे. वरील सूत्रावरून कोणत्याही गतिमान कणाची (उदा., इलेक्ट्रॉन, अणू, रेणू, न्यूट्रॉन वगैरे) तरंगलांबी काढता येईल. इलेक्ट्रॉनांच्या बाबतीत जर त्यांना V व्होल्ट इतक्या विद्युत् दाबाने वेग

कोणत्याही स्फटिकातील अणूंची रचना ठराविक पद्धतीची असते. त्यातील अणू समांतर अशा प्रतलांवर (पातळ्यांवर) परस्परांपासून समान अंतरावर असतात. त्यामुळे यांच्यावर क्ष-किरण पाडल्यास त्यांचे विवर्तन होते. एलझॅझर यांनी असे सुचविले की, गतिमान इलेक्ट्रॉनांचेही त्याचप्रकारे स्फटिकांकडून विवर्तन होईल व त्यांचे तरंगीय गुणधर्म सिद्ध करता येईल.

डेव्हिसन व गर्मर यांचे प्रयोग : डेव्हिसन व गर्मर या शास्त्रज्ञांनी १९२७ मध्ये प्रथम इलेक्ट्रॉन तरंगांसंबंधी प्रयोग केले. त्यांनी टंगस्टनाची तार

तापवून निर्माण झालेल्या इलेक्ट्रॉनांना विद्युत् दाबाने वेग दिला व हे समवेगी इलेक्ट्रॉन निकेल स्फटिकाच्या (1 1 1) पातळीवर [→ स्फटिकविज्ञान] उभे पाडून विवर्तित इलेक्ट्रॉन (आ. १ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे) निरनिराळया दिशांत फॅराडे कोटर (विद्युत् भारित कण गोळा करण्याचे उपकरण) व विद्युत् प्रवाहमापक यांच्या साहाय्याने मोजले.

हे कोटर आ. १ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे स्फटिकाभोवती फिरवून स्फटिकाच्या निरनिराळ्या कोनीय स्थितींत इलेक्ट्रॉन विवर्तनाचा अभ्यास केला. या प्रयोगात असे दिसून आले की, इलेक्ट्रॉन सर्व दिशांना सारखेच परावर्तित न होता स्फटिकाची दिशा व इलेक्ट्रॉनांचा वेग यांनुसार विशिष्ट दिशेतच जास्त प्रमाणात परावर्तित होतात म्हणजे त्या दिशेने विवर्तित होतात. आ. २ मध्ये आ. १ मधील स्फटिकाच्या स्थितीत, ५४ व्होल्ट विद्युत् दाबाने वेग दिलेले आपाती (पडणारे) इलेक्ट्रॉन निरनिराळ्या दिशांना कसे प्रकीर्णित (विखुरलेले) होतात हे आलेखरूपाने दाखविले आहे. लंबाशी ५०^० कोन असलेल्या दिशेने इलेक्ट्रॉनांची तीव्रता जास्त असते. याच प्रकारच्या आकृत्या स्फटिकाच्या निरनिराळ्या स्थितींत व इलेक्ट्रॉनांच्या निरनिराळ्या वेगांनुसार मिळतात.

समीकरणावरून λ = १·६५ A^०इतकी येते [→ क्ष किरण]. यावरून असे दिसते की, इलेक्ट्रॉन विवर्तन प्रयोग करून काढलेली तरंगलांबी व द ब्रॉग्‍ली तरंगलांबी सारखीच येते. म्हणून डेव्हिसन-गर्मर यांचे प्रयोग म्हणजे द ब्रॉग्‍ली परिकल्पनेचा प्रायोगिक पुरावाच होय.

इलेक्ट्रॉन तरंगांचे प्रणमन व त्याचा विवर्तनावरहोणारा परिणाम : डेव्हिसन व गर्मर यांनी स्फटिकावर इलेक्ट्रॉन लंब न पाडता तिरके पाडून नवीन प्रयोग केले. या प्रयोगांत त्यांना मागील प्रयोगांप्रमाणे दोन प्रकारे काढलेल्या तरंगलांबी एकच न मिळता निरनिराळ्या मिळाल्या. बेटे यांनी असे दाखवले की, जर इलेक्ट्रॉन तरंगांचे स्फटिकात प्रणमन (एका माध्यमातून दुसर्‍या माध्यमात जाताना दिशा बदलणे, वक्रीभवन) होते अशी कल्पना केली, तर या फरकाचे स्पष्टीकरण होते. त्यासाठी ब्रॅग समीकरणात योग्य तो बदल करून nλ = 2d √μ² – cos²θ हे समीकरण वापरणे आवश्यक आहे. या समीकरणात m हा प्रणमनांक (प्रणमन क्रियेच्या व्याख्येनुसार आलेले गुणोत्तर), θ हा स्फटिकाच्या आपाती प्रतलाशी इलेक्ट्रॉनाने केलेला कोन, d स्फटिकाच्या दोन पातळ्यांतील अंतर आणि n विवर्तनाचा क्रमदर्शक पूर्णांक. या समीकरणावरून इलेक्ट्रॉन तरंगांचा निरनिराळ्या स्फटिकांतील प्रणमनांक काढता येतो.

स्फटिकात इलेक्ट्रॉन आकर्षित होतात व त्यामुळे इलेक्ट्रॉनांची स्फटिकातील ऊर्जा स्फटिकाबाहेर असलेल्या ऊर्जेपेक्षा निराळी असते. यामुळे इलेक्ट्रॉनांचे प्रणमन होते. V व्होल्ट विद्युत् दाबाने वेग दिलेल्या इलेक्ट्रॉनांचा स्फटिकातील वेग जर (V + V₁) व्होल्ट इतक्या दाबाने मिळालेल्या

असे म्हणतात. स्फटिकाचा प्रणमनांक ठाऊक असेल, तर त्याचे अंतर्गत वर्चस् काढता येते.

डेव्हिसन-गर्मर यांच्या प्रयोगानंतर जी.पी. टॉमसन या शास्त्रज्ञांनी स्फटिकरचना ठाऊक असलेल्या काही धातूंच्या अत्यंत पातळ पटलांवर इलेक्ट्रॉन पाडून त्यांचे विवर्तन तपासले. या प्रयोगात बहुस्फटिकी पटलांमुळे विवर्तन आकृतीत एकाच केंद्राभोवती अनेक वर्तुळे मिळाली.

इलेक्ट्रॉन विवर्तन : वर उल्लेखिल्याप्रमाणे गतिमान इलेक्ट्रॉन स्फटिकावर पाडल्यास आतील अणुरचनेमुळे स्फटिकाची क्रिया जालकाप्रमाणे [→ विवर्तन जालक] होऊन इलेक्ट्रॉन विवर्तन होते.

इलेक्ट्रॉन विवर्तन क्रियेत इलेक्ट्रॉनांच्या वेगांनुसार इलेक्ट्रॉनांचे मंद व वेगवान असे दोन प्रकार पडतात. पहिल्या प्रकारात इलेक्ट्रॉनांना अंदाजे १०० व्होल्ट विद्युत् दाबाने वेग दिला जातो (तरंगलांची अंदाजे १ A°) व दुसऱ्यात ४०,००० ते १,००,००० व्होल्ट दाबाने वेग दिला जातो (तरंगलांबी अंदाजे ०·०४ A°). पहिल्या प्रकारच्या विवर्तनांचा अभ्यास विवर्तित इलेक्ट्रॉन संकलित करून, त्यांचा विद्युत् भार विद्युत् दर्शकाच्या साहाय्याने मोजून करतात, तर दुसऱ्या प्रकारात अनुस्फुरित (विद्युत् चुंबकीय ऊर्जेचा किंवा विद्युत्‌ कणांचा भडिमार चालू असताना प्रकाशणारा) पडदा अथवा छायाचित्र यांच्या द्वारा करतात.

पारगमन प्रयोग :  इलेक्ट्रॉनांना खूप वेग दिल्यास ते पदार्थांच्या पातळ पटलातून आरपार जातात. किकुची या जपानी शास्त्रज्ञांनी १९२७ मध्ये अभ्रकाच्या पातळ पटलावर इलेक्ट्रॉन पाडून क्ष-किरण विवर्तन प्रयोगात न मिळणाऱ्या आकृत्या प्रथमच मिळविल्या. त्यांना पटलाच्या जाडीनुसार

तीन प्रकारच्या आकृत्या मिळाल्या. पहिल्या प्रकारात १०^-६ सेंमी. इतक्या पातळ पटलामुळे रांगोळीतील ठिपक्यांप्रमाणे समांतर ठिपक्यांची आकृती मिळाली (आ. ३ अ). दुसऱ्या प्रकारात प्रकाश व्यतिकरण रंग दिसतील इतक्या जाड पटलामुळे आ. ३ (आ) प्रमाणे विवर्तन आकृती मिळाली. यात आ. ३ (अ) प्रमाणे ठिपके असून शिवाय मध्यवर्ती अविचलित ठिपक्याभोवती वर्तुळाकार तीव्र ठिपके मिळतात. पटल जास्त जाड असल्यास विवर्तन आकृती आ.३(इ) प्रमाणे मिळते. यांत मध्यवर्ती ठिपक्याभोवती काळ्या व पांढऱ्या समांतर रेषा मिळतात. अभ्रकाऐवजी इतरही एकस्फटिकी पटलामुळे वरीलप्रमाणे आकृत्या मिळतात. पहिल्या प्रकारात स्फटिक इलेक्ट्रॉनांच्या लंब पातळीत द्विमित जालकाप्रमाणे कार्य करतो व दुसऱ्या आणि तिसऱ्या प्रकारात इलेक्ट्रॉन शलाकेच्या (किरणसमूहाच्या) दिशेने असलेल्या अणूंच्या तिसऱ्या ओळीमुळे वर दाखविल्याप्रमाणे विवर्तन आकृत्या मिळतात.

एकस्फटिकी पटलाऐवजी बहुस्फटिकी पटलावर इलेक्ट्रॉन शलाका पाडल्यास ब्रॅग नियमानुसार इलेक्ट्रॉनांचे विवर्तन होते. बहुस्फटिकी पटलात अनेक एकस्फटिक निरनिराळ्या पातळ्यांत पसरले आहेत अशी कल्पना करता येईल व त्यामुळे इलेक्ट्रॉन विवर्तन आकृती

निरनिराळ्या एकस्फटिकी विवर्तन आकृत्या शलाकेभोवती फिरवल्याप्रमाणे मिळते. जी. पी. टॉमसन यांच्या प्रयोगातील अनेक सममध्य वर्तुळे अशा प्रकारच्या विवर्तनामुळेच मिळतात. या वर्तुळांच्या त्रिज्या √१ :√२ :√३ :√४ वगैरे प्रमाणात असतात. आ. ४ मध्ये (१) हा इलेक्ट्रॉन झोत (२) या स्फटिकावर पडून (३) या ठिकाणी ठिपका निर्माण होतो. अशा अनेक स्फटिकांमुळे सर्व बाजूंनी तितकाच कोन २θ करून पडद्यावर अनेक ठिपके निर्माण झाल्याने त्यांचे वर्तुळ बनते. अशा निरनिराळ्या स्फटिकपातळ्यांत विवर्तन घडून अनेक सममध्य वर्तुळे मिळतात. वर्तुळाची त्रिज्या मोजल्यास ब्रॅग विवर्तन समीकरणाचा उपयोग करून स्फटिकाच्या निरनिराळ्या पातळ्यांमधील अंतर गणिताने काढता येते.

परावर्तन प्रयोग :  एखाद्या स्फटिकावर स्फटिकपातळीशी अगदी लहान कोन करून इलेक्ट्रॉन शलाका

पाडली असताही विवर्तन आकृती मिळू शकते. अशा प्रकारच्या आकृतीस परावर्तनामुळे झालेली विवर्तन आकृती असे म्हणतात. या आकृतीत एका बाजूला स्फटिकाची सावली पडते व दुसऱ्या बाजूला मध्यवर्ती अविचलित ठिपक्याभोवती ठिपके किंवा अर्धवर्तुळे, किंवा किकुची रेषा (वर उल्लेखिलेल्या जपानी शास्त्रज्ञाच्या नावावरून), किंवा या सर्वांचे कमी अधिक प्रमाणात मिश्रण, अशा प्रकारच्या आकृत्या मिळतात.

आ. ५ मध्ये अ आ ही इलेक्ट्रॉन शलाका स्फटिकावर अशी पाडली आहे की, तिची दिशा स्फटिकातील अणूंच्या एका रांगेला समांतर आहे. या दिशेला आक्ष दिशा म्हणू. त्याचप्रमाणे आय व आज्ञ या दोन दुसर्‍या अणूंच्या रांगांच्या दिशा आहेत. या तिन्ही दिशा एकमेकींना लंब आहेत. क या ठिकाणी इलेक्ट्रॉन शलाका छायाचित्रण पट्टीवर पडते लौए यांच्या नियमाप्रमाणे आक्ष या रांगेतील अणूंमुळे विवर्तन होण्यासाठी प्रकीर्णित इलेक्ट्रॉन आक्ष या आसाभोवती निरनिराळ्या शंकूंवर असले पाहिजेत [→ क्ष-किरण]. हे शंकू छायाचित्रण पट्टीवर क या बिंदूभोवती आ. ५ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे वर्तुळात छेदतात. त्याचप्रमाणे आय या दिशेतील अणूंमुळे विवर्तन होण्यासाठी इलेक्ट्रॉन आकृतीत दाखविल्याप्रमाणे उभ्या रेघांच्या दिशेने आले पाहिजेत आणि आज्ञ या दिशेतील अणूंमुळे विवर्तन झालेले इलेक्ट्रॉन आडव्या रेघांच्या दिशेने आले पाहिजेत. या रेषा ज्या ठिकाणी एकमेकींस छेदतात, त्या ठिकाणी विवर्तन ठिपके मिळतात. जर इलेक्ट्रॉन स्फटिकात फार आत शिरत नसतील, तर आडव्या रेषा विचारात न घेता ज्या ठिकाणी वर्तुळे व उभ्या रेषा एकमेकांना छेदतात त्या ठिकाणी ठिपके मिळतात. कुंडलाकार रचना ही स्फटिक पृष्ठभागावरील बहुस्फटिकी उंचवट्यामधून इलेक्ट्रॉनांच्या पारगमनामुळे मिळते.

प्रायोगिक उपकरणे व तंत्र : इलेक्ट्रॉनांचा माध्य मुक्त पथ (दोन इलेक्ट्रॉनांमधील सरासरी मोकळा मार्ग) नेहमीच्या हवेच्या दाबात १०^-५ सेंमी. इतका कमी असतो. यासाठी इलेक्ट्रॉन विवर्तन प्रयोग निर्वातातच केले पाहिजेत. म्हणून ज्या उपकरणात हे प्रयोग करावयाचे ते उपकरण निर्वात राखले पाहिजे.

अलीकडे मंद इलेक्ट्रॉन विवर्तनाचा उपयोग बऱ्याच प्रमाणात एकसंधी स्फटिकाच्या आणवीय संरचनेच्या संशोधनात होत आहे. ५–५०० ev (ev म्हणजे इलेक्ट्रॉन व्होल्ट एक व्होल्ट विद्युत् दाबाखाली प्रवेगित केलेल्या इलेक्ट्रॉनाला प्राप्त होणारी ऊर्जा) या मर्यादेतील एकविध (एकसारखी) ऊर्जा असलेल्या इलेक्ट्रॉनांचे एकसंधी स्फटिक पृष्ठावरून प्रकीर्णन केले जाते.

दोन-तीन प्रकारचे इलेक्ट्रॉन विवर्तन कॅमेरे उपयोगात आहेत. तथापि येथे फिंच कॅमेऱ्याचेच वर्णन दिले आहे. सर्व कॅमेऱ्यांची कार्यपद्धती ढोबळमानाने एकच असते.

आ. ६ मध्ये (१) ही एक काचेची निर्वात बाटली असून त्यात विद्युत् प्रवाह उत्पन्न होतो. ४०,००० ते ६०,००० व्होल्ट इतका दाब ऋणाग्र (२) व जमिनीला जोडलेले धनाग्र (३) यांमध्ये असतो. वायुविसर्जनात निर्माण झालेले इलेक्ट्रॉन धनाग्राच्या बारीक छिद्रांतून कॅमेऱ्याच्या मुख्य भागात

येतात. हा भाग पितळ किंवा अन्यधातूपासून बनवतात. हा भाग उच्च निर्वात पंप वापरून १०^-४ ते १०^-५ सेंमी. (पाऱ्याचे) इतका दाब येईपर्यंत निर्वात करतात. धनाग्राच्या छिद्रातून आलेले वेगवान इलेक्ट्रॉन (४ अ) या बारीक छिद्र असलेल्या पडद्यातून गेल्यामुळे इलेक्ट्रॉनांची बारीक शलाका पुढे येते. (५) हे कर्षुकीय भिंग [→ इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक] असून त्यातील विद्युत् प्रवाह कमी जास्त करून (४ अ) या पडद्यातून आलेल्या इलेक्ट्रॉनांची प्रतिमा (८) या अनुस्फुरक पडद्यावर पाडली जाते. ही इलेक्ट्रॉन शलाका (७) या परीक्ष्यातून गेल्यावर विवर्तन आकृती पडद्यावर बनते. ही प्रतिमा (१०) या खिडकीतून पहाता येते. कर्षुकीय भिंग कमी जास्त वळवून इलेक्ट्रॉन शलाका परीक्ष्याच्या निरनिराळ्या भागांवर पाडता येते. अनुस्फुरक पडदा बाजूला करून विवर्तन आकृती (९) या छायाचित्रण पट्टीवर आकृतीच्या तीव्रतेनुसार २० ते ४० सेकंद पाडतात. जरूर पडल्यास (४ आ) हा पडदा वापरून विवर्तन आकृती जास्त स्पष्ट घेता येते. परावर्तन आकृती हवी असल्यास त्याच ठिकाणी परीक्ष्य ठेवून बाहेरून ते हवे तसे फिरविता येते. परीक्ष्य कॅमेऱ्यात बसवणे, कॅमेरा निर्वात करणे व अंतिम छायाचित्र घेणे या सर्व कामाला अंदाजे ४५ मिनिटे लागतात.

फिंच कॅमेरा थंड ऋणाग्र प्रकारात मोडतो कारण यात वायुविसर्जनाने इलेक्ट्रॉन निर्माण केले जातात. दुसऱ्या प्रकारच्या कॅमेऱ्यात टंगस्टनाची तार तिच्यातून विद्युत् प्रवाह पाठवून खूप तापवतात व तिच्यापासून निघालेल्या इलेक्ट्रॉनांना विद्युत् दाबाद्वारे वेग देऊन परीक्ष्यावर पाडतात आणि पूर्वी वर्णन केल्याप्रमाणे विवर्तन आकृती घेतात. या प्रकारच्या कॅमेऱ्याला तप्त ऋणाग्र कॅमेरा असे म्हणतात. इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकात किरकोळ बदल करून त्याचाही इलेक्ट्रॉन विवर्तन कॅमेरा म्हणून उपयोग करता येतो.

परीक्ष्याची सिद्धता : इलेक्ट्रॉन जास्त जाडीच्या वस्तूंतून जाऊ शकत नाहीत कारण त्यांचे प्रकीर्णन फार होते. त्यामुळे इलेक्ट्रॉन विवर्तनाने पदार्थाची रचना अत्यंत पातळ पटलाच्या स्वरूपातच अभ्यासता येते किंवा परावर्तनाने पृष्ठभागाचाच अभ्यास करता येते.

साधारणत: ५०,००० व्होल्ट विद्युत्‌ दाबाद्वारे वेग दिलेले इलेक्ट्रॉन ५०० A° जाडीच्या पटलातून आरपार जातात व १०० व्होल्ट इलेक्ट्रॉन २-३ अणुपातळींतून आरपार जातात. परीक्ष्याच्या अणुभारानुसार यात थोडा फार फरक पडतो.

परीक्ष्य अत्यंत काळजीपूर्वक बनवावे लागते. विशेषत: तेलकटपणापासून फारच जपावे लागते. तसेच परीक्ष्य फार वेळ हवेत ठेवल्यानेही दमटपणामुळे ते निरुपयोगी ठरते. परावर्तन परीक्ष्याच्या पृष्ठभाग अंदाजे १ सेंमी. × १ सेंमी. असावा. पृष्ठभाग स्वच्छ व अंमळ खडबडीत लागतो. धातूंच्या बाबतीत पृष्ठभाग घासून स्वच्छ करून, ज्या द्रव्यात ती धातू विरघळते, अशा द्रव्याने काळजीपूर्वक धुतात व शेवटी पाण्याने धुतात. परीक्ष्य विद्युत् विलेपन किंवा निर्वात बाष्पीभवन पद्धतीने बनवतात. तसेच काचेवर किंवा क्वॉर्ट्‌झावर पातळ थर देऊनही बनवतात. कॅल्साइट, रॉकसॉल्ट वगैरे स्फटिकांच्या पाटन (सहज भंग पावणाऱ्या) प्रतलावरून परावर्तन आकृत्या घेतात. या आकृत्यांवरून अंतर्गत वर्चस् मोजता येते. काही वेळा विशेषत: अधातू परीक्ष्यांच्या बाबतीत, परावर्तन परीक्ष्ये इलेक्ट्रॉनांमुळे विद्युत् भारित होतात व त्यामुळे अनुस्फुरक पडद्यावर विवर्तन आकृती नीट न येता, कापूस पिंजल्याप्रमाणे व अस्थिर मिळते. त्यासाठी परीक्ष्याची स्थिती बदलून किंवा ते फिरवून झटपट चित्र घ्यावे लागते.

पारगमन परीक्ष्ये पातळ पत्र्याच्या स्वरूपात घेणे आवश्यक आहे. पत्रा जाड असल्यास ज्यात ती धातू विरघळेल अशा द्रवावर तरंगत ठेवून त्याची जाडी कमी करतात. तसेच विद्युत् विलेपन पद्धतीनेही आवश्यक तेवढी जाडी करता येते. कलोडियन अथवा फॉर्मव्हार यांची स्वत:ची विवर्तन आकृती बनत नसल्याने त्याचे आधार म्हणून अत्यंत पातळ पटल बारीक छिद्रांच्या जाळीवर बसवून, त्यावर निर्वात बाष्पीभवनाने किंवा अन्य पद्धतीने पारगमन परीक्ष्ये बनवतात. परीक्ष्य पदार्थाच्या गुणधर्मांनुसार इतरही अनेक प्रकारांनी परीक्ष्ये बनवली जातात.

विवर्तन आकृतीतील मध्यवर्ती अवचलित बिंदूपासून विवर्तित ठिपक्यापर्यंतचे अंतर किंवा वर्तुळाकार आकृतीतील त्रिज्या r व अणुपातळीवरील अंतर d यांतील संबंध d= l λ/r असा असतो (l हे स्फटिक व पडदा यांतील अंतर). तरंगलांबी l मोजणे कठीण असते. यासाठी अभ्यासण्याच्या विवर्तन आकृतीबरोबरच अणुरचना ठाऊक असलेल्या एखाद्या पदार्थाचीही (उदा., ग्रॅफाइट) विवर्तन आकृती घेतात. दोन्ही आकृत्यांत ld ची किंमत एकच असल्याने ठाऊक असलेल्या d वरून परीक्ष्यातील पदार्थाच्या अणुपातळ्यांतील अंतर d काढता येते.

विवर्तन आकृतीतील त्रिज्येवरून अणुपातळ्यांतील अंतराची जशी कल्पना येते, त्याचप्रमाणे विवर्तन आकृतीवरून स्फटिक प्रकार व स्फटिक पटलातील स्फटिकाच्या दिक्‌स्थितीची कल्पना येऊ शकते.

क्ष-किरणांनी पदार्थाची रचना अभ्यासण्यासाठी चित्र घेण्यास अनेक तास लागतात या उलट इलेक्ट्रॉन विवर्तनात काही सेकंदांतच चित्र घेता येते. तसेच इलेक्ट्रॉनांचे प्रकीर्णन जास्त होत असल्याने विवर्तन आकृती मिळण्याची क्षमता क्ष-किरणांच्या मानाने खूपच जास्त असते.

उपयोग : इलेक्ट्रॉन विवर्तनाचा मुख्य उपयोग स्फटिकांच्या अणुरचनेचा अभ्यास करणे हा होय. याशिवाय त्यापासून वायू व कार्बनी पदार्थांच्या बाष्पांच्या रेणवीय रचनेसंबंधीही माहिती मिळू शकते. ज्या बाष्पाचा किंवा वायूचा अभ्यास करावयाचा, तो वायू एका भांड्यात कोंडून, कॅमेऱ्यात एका बारीक छिद्रातून त्याचा फवारा इलेक्ट्रॉन शलाकेशी काटकोनात सोडतात. इलेक्ट्रॉन शलाका बाष्पातून गेल्यावर विवर्तन घडते व काहीशा अस्पष्ट आकृत्या मिळतात. या आकृत्यांवरून रेणवीय रचनेची  बरीच माहिती मिळते.

स्फटिक वाढीचा अभ्यास इलेक्ट्रॉन विवर्तनाने चांगला करता येतो. अस्फटिकी किंवा स्फटिकी पदार्थांच्या निरनिराळ्या पातळ्यांचे पृष्ठभाग घेऊन, त्यावर निरनिराळ्या प्रकारांनी निरनिराळ्या स्फटिकी पदार्थांची पटले निर्माण करून, त्या पटलांच्या वाढीचा अभ्यास इलेक्ट्रॉन विवर्तनाने करतात. त्यावर तपमान व इतरही गोष्टींचा होणारा परिणाम तपासता येतो.

निरनिराळ्या धातूंच्या ऑक्सिडीकरणाबद्दल [→ ऑक्सिडीभवन] इलेक्ट्रॉन विवर्तनाने चांगली माहिती मिळते. धातूंचे पृष्ठभाग निरनिराळ्या तपमानास ऑक्सिजनामध्ये निरनिराळ्या दाबांत ठेवून, पृष्ठभागावर होणारे ऑक्सिडीकरण तपासता येते.

एखाद्या वस्तूचा पृष्ठभाग घासला असता ती वस्तू चकाकते. या चकाकीबद्दल एकोणिसाव्या शतकापर्यंत अशी कल्पना होती की, घासण्याच्या क्रियेत पृष्ठभागावरील उंचसखलपणा नाहीसा झाल्यामुळे ती चकाकी येते. बाइलबी यांनी प्रयोगावरून असे दाखविले की, घासण्यांमुळे वस्तू काहीशी द्रवाप्रमाणे वाहते व पृष्ठभागावर काचेप्रमाणे अस्फटिकी पटल निर्माण होते. फ्रेंच यांनी इलेक्ट्रॉन विवर्तनाने तांबे, चांदी, क्रोमियम वगैरे धातूंचे पृष्ठभाग तपासले. त्यांना असे दिसले की, चकाकी नसलेल्या पृष्ठभागावरून परावर्तन आकृती घेतल्यास रेखीव कडी मिळतात व घासण्याच्या निरनिराळ्या स्थितींत विवर्तन आकृत्या घेतल्यास रेखीव कड्यांपासून अस्पष्ट वर्तुळे होत जातात. हा बदल कणांचा आकार बारीक झाल्यामुळे होतो.

निरनिराळ्या तेलांच्या पातळ पटलांच्या अभ्यासास त्या तेलांच्या वंगणविषयक गुणधर्मांच्या दृष्टीने फार महत्त्व आहे. अशा पटलांचा इलेक्ट्रॉन विवर्तनाने अभ्यास करून वंगणांच्या गुणधर्मांची बरीच माहिती मिळते.

अशा प्रकारे पदार्थांची अणुरचना व त्या अनुषंगाने पदार्थांच्या इतरही अनेक गुणधर्मांबद्दलची माहिती इलेक्ट्रॉन विवर्तनाने उपलब्ध होते.

संदर्भ : 1. Cohen, J. B. Diffraction Methods in Material Sciences, New York, 1966.

2. Vainshtein, B. K. Structure Analysis by Electron Diffraction, London, 1964.

भिडे, र. द.