Дифракцию медленных электронов (ДМЭ) используют для изучения структуры твердых тел, а также для изучения структуры слоев, адсорбированных на поверхности.

Электроны, получившие ускорение под действием разности потенциалов от 10 до 500 эВ, проникают в изучаемое вещество на очень малую глубину, примерно 0,5-2,0 нм, где упруго отражаются. В методе ДМЭ используется моноэнергетический пучок электронов.

Длина волны λ движущегося электрона связана с его энергией Е соотношением:

Е ~ (ћ/λ)U,

где ћ - постоянная Планка, U - ускоряющее напряжение.

При попадании электронов на кристалл (так же как в случае электромагнитного излучения) происходит дифракция. При перпендикулярном направлении пучка первичных электронов к поверхности твердого тела дифракционные максимумы определяются зависимостью:

nλ = 2d sin θ,

где n - порядок дифракции (n=0,1,2...); d - постоянная кристаллической решетки для материала поверхности твердого тела; θ - угол падения пучка на поверхность.

Отраженные электроны регистрируются перемещающейся ловушкой Фарадея или с помощью люминесцентного экрана. Максимальные и минимальные значения интенсивности отраженного пучка в зависимости от угла отражения дают информацию о симметрии и структуре отражающих поверхностных слоев.

Расшифровка данных ДМЭ, т.е. построение по этим данным структуры поверхностного слоя, в настоящее время все еще достаточно сложна, несмотря на большие усилия, затраченные теоретиками всего мира для решения этой проблемы. Этим дифракция медленных электронов отличается от дифракции рентгеновских лучей, которая позволяет в большинстве случаев расшифровать структуру кристалла. Это объясняется тем, что в случае рентгеновской дифракции рентгеновские лучи рассеиваются слабо и можно работать с хорошими кристаллами, что существенно упрощает задачу.

В случае дифракции медленных электронов электроны рассеиваются сильно и поэтому необходимо учитывать многократное рассеяние; кроме того, сверхструктуры на поверхности образуют домены с различной ориентацией относительно подложки, что аналогично двойникованию в объеме. В последнее время показана также важная роль неупругих процессов при столкновении электрона с поверхностью, следовательно, и их необходимо учитывать при расчете интенсивности дифракционных пучков. Последнее обстоятельство может несколько упростить задачу интерпретации ДМЭ, так как фактически существенно сокращается число верхних слоев, дающих вклад в дифрагированные пучки.

В большинстве работ, выполненных к настоящему времени, наблюдали сжатие кристаллической решетки металлов (Cu, Ag, Au, Pt) при уменьшении размера частиц. Однако в этих работах обнаружены большие расхождения в оценке этого эффекта. Вероятно, это связано с методом приготовления образцов и, особенно, с трудностью измерения с требуемой точностью диаметра колец Дебая-Шеррера для очень малых частиц. В частности, подложка, на которой располагались кристаллы, создавала монотонный фон, накладывающийся на дифракционную картину. Этот фон приводит к уменьшению внешнего диаметра дифракционных колец. Методически важно устранить все причины погрешностей, появляющихся в определении положения отдельного пика дифракции, в частности, количественно учитывать монотонный фон.