Hướng dẫn tương tác phân tích giản đồ nhiễu xạ điện tử vùng chọn — từ lý thuyết Bragg đến định chỉ số Miller cho BCC, FCC, HCP, giả tinh thể và vô định hình.
Nhiễu xạ vùng chọn (Selected Area Electron Diffraction) là kỹ thuật then chốt trong TEM, cho phép xác định cấu trúc tinh thể, định hướng và pha ngay tại vùng quan sát nano.
Nhiễu xạ xảy ra khi tia điện tử thoả mãn nλ = 2d·sinθ. Do bước sóng electron (∼0.0025 nm tại 200 kV) rất nhỏ, góc θ rất nhỏ — toàn bộ các điểm nhiễu xạ gần như nằm trên mặt phẳng.
Vì λ quá nhỏ, cầu Ewald có bán kính khổng lồ (1/λ ≈ 400 Å⁻¹), gần như phẳng. Điều này khiến nhiều nút mạng đảo đồng thời thoả điều kiện nhiễu xạ — cho giản đồ chấm 2D.
Mỗi chấm trong giản đồ SAED ứng với một vectơ mạng đảo g(hkl). Trục vùng [uvw] là hướng chùm tia song song với tinh thể, xác định "mặt phẳng cắt" của mạng đảo được quan sát.
Từ giản đồ SAED: d = λL / R, với L là hằng số camera (camera length), R là khoảng cách từ tâm đến chấm. Tỉ lệ R cho phép định danh mặt (hkl).
Mỗi kiểu mạng Bravais có quy tắc phản xạ riêng: BCC: h+k+l=chẵn; FCC: h,k,l đồng dấu lẻ-chẵn; HCP: h+2k≠3n khi l lẻ. Quy tắc này quyết định chấm nào xuất hiện.
Các mặt (hkl) cùng thuộc một vùng [uvw] phải thoả: hu + kv + lw = 0. Đây là hệ thức cơ bản để định chỉ số trục vùng từ hai chấm nhiễu xạ bất kỳ bằng tích có hướng.
Chọn một cấu trúc để xem mô hình tinh thể, giản đồ nhiễu xạ và bảng chỉ số Miller tương ứng.
Body-Centered Cubic (BCC) — 1 nguyên tử tâm + 8×⅛ nguyên tử góc = 2 nguyên tử/ô. Ví dụ: α-Fe, W, Cr, Mo, V.
| Trục vùng | [0 0 1] |
| Quy tắc tắt | h+k+l = số chẵn |
| Chấm gần nhất | {110}: d = a/√2 |
| Ví dụ vật liệu | α-FeWCr |
Face-Centered Cubic (FCC) — 4 nguyên tử/ô. Mật độ đóng gói cao nhất (74%). Ví dụ: Al, Cu, Ni, Au, γ-Fe.
| Trục vùng | [0 0 1] |
| Quy tắc tắt | h,k,l đồng lẻ hoặc đồng chẵn |
| Chấm gần nhất | {200}: d = a/2 |
| Ví dụ vật liệu | AlCuγ-Fe |
Hexagonal Close-Packed (HCP) — 2 nguyên tử/ô. Chỉ số 4 chữ số (hkil) với i=-(h+k). Ví dụ: Ti, Mg, Zn, Co.
| Trục vùng | [0 0 0 1] |
| Quy tắc tắt | h+2k≠3n khi l lẻ |
| Chấm gần nhất | {100̄0}: d = a |
| Ví dụ vật liệu | TiMgZn |
Quasicrystal — Trật tự tầm xa không tuần hoàn. Đối xứng thập giác (icosahedral, decagonal) không tồn tại trong tinh thể thông thường. Nobel 2011: D. Shechtman (Al-Mn).
| Đối xứng | Icosahedral / Decagonal |
| Đặc điểm | Tỉ lệ vàng φ = 1.618 |
| Khoảng cách | R₂/R₁ = φ = 1.618… |
| Ví dụ vật liệu | Al-MnAl-Cu-Fe |
Vô định hình (Amorphous) — Không có trật tự tầm xa. Nguyên tử phân bố ngẫu nhiên. Ví dụ: kính (SiO₂), màng mỏng a-Si, metallic glass.
| Đặc điểm | Vòng khuếch tán rộng |
| Số vòng | 1–2 vòng mờ |
| Chấm nhiễu xạ | Không có |
| Ví dụ vật liệu | a-SiO₂a-SiZr-Cu |
Khi thay đổi trục vùng (nghiêng mẫu), toàn bộ giản đồ SAED thay đổi theo. Kéo các thanh trượt để xem hiệu ứng nghiêng mẫu trong thời gian thực.
Nghiêng mẫu từ một trục vùng sang trục vùng lân cận — cách hệ thống chấm nhiễu xạ thay đổi theo góc nghiêng là cơ sở để định hướng tinh thể và dựng bản đồ định hướng.
Thực hành nhận dạng cấu trúc tinh thể và trục vùng từ giản đồ SAED.