低能電子衍射(LEED)，是將能量為5～500eV範圍的單色電子入射於樣品表面，通過電子與晶體相互作用，一部分電子以相幹散射的形式反射到真空中，所形成的衍射束進入可移動的接收器進行強度測量，或者再被加速至螢光屏，給出可觀察的衍射圖像，見圖1。圖中，第一柵接地，使衍射電子自由飛過樣品和柵之間的空間；第二柵加幾十伏負電壓，可濾去非彈性散射電子。螢光屏施加千伏高壓，使電子有足夠的能量激發螢光物質。由於物質對電子的散射比對 X射線的散射強很多，使低能電子具有很高的的表面靈敏度。雖然在1927年C.J.戴維孫和L.H.革末發現瞭LEED，但因多重散射帶來瞭技術上和理論上的復雜性，使低能衍射的實際應用推遲瞭40年。直到70年代以後，在超高真空技術發展的基礎上，才使此技術獲得新生。
低能電子衍射圖樣給出晶體表面倒易空間的晶網像，或者說直接給出晶體倒易點陣的一個二維截面（見表面結構），它可以在一個二維模型基礎上運用衍射的運動學理論加以解釋（見衍射動力學理論）。一個無限大的二維晶體，其倒易點陣是垂直於二維晶面的倒易棒所形成之陣列，如圖2所示。平行於此晶面的入射波矢k〃與散射波矢(ki)〃之差等於此晶面的二維倒易點陣矢量Gi，即有
(ki)〃－k〃＝Gi時，
滿足衍射加強條件。故於圖2中以入射波矢k 為半徑作一球（稱為厄瓦耳球），球與倒易棒的交點，即給出衍射束的波矢ki。在相應的正空間中，衍射加強條件就是佈喇格公式
a sin ϕ＝hλ，b sin ϕ′＝kλ，
式中a、b為二維平移矢量的長度。從衍射圖可以確定表面平移矢量As、Bs，研究各種類型的表面有序結構，給出相應的空間群（見表面結構）。
衍射強度分析是利用LEED確定表面單胞內原子位置的核心問題。由於慢電子的動能與晶體中散射勢相近，通常處理高能電子衍射的運動學理論或修正的運動學理論不能用於低能電子衍射。理論計算與實驗數據的比較表明，分析低能電子在晶體中的行為，必須考慮晶體中原子、電子及聲子與它的相互作用，以及低能電子在晶體中所受的多重散射。將所有這些相互作用表示成為一個有效勢V(r)，低能電子的哈密頓量即寫為
H＝Ho＋V(r)，
Ho為入射電子動能。這就將多體問題歸結為求解單電子薛定諤方程：
Hψ＝Eψ 。
待求的衍射強度等於本征波函數的模的二次方|ψ|2。現代低能電子衍射理論分析很多就是從多重散射格林函數方法出發，對具體散射過程作各種模型假設，發展瞭若幹行之有效的方法，如KKR法、貝基T－矩陣法、重正化向前散射法、雙層法、鏈方法及其他微擾法。低能衍射技術已推廣到研究表面缺陷、二維相變，其理論分析方法也為其他的表面分析技術所借鑒。
低能電子衍射儀常與多種表面分析儀聯用，綜合地分析各種金屬、半導體的清潔表面與吸附表面的元素組成和表面原子結構。
參考書目
C.J. Davisson and L.H. Germer， Physical Review，Vol. 30，p.705，1927.
J. B. Pendry， Low Energy Electron Diffractionand Its Application to Determination of Surface Structure， Academic Press， London， 1974.