Difrakce pomalých elektronů

Pomalá elektronová difrakce ( LEED ) je metoda pro studium povrchové struktury pevných látek založená na analýze difrakčních obrazců elasticky rozptýlených nízkoenergetických (20–200 eV) elektronů. Umožňuje studovat rekonstrukci povrchu .

DME lze použít jedním ze dvou způsobů:

• Kvalitativně se zaznamenávají difrakční obrazce a analýza polohy difrakčních píku poskytuje informace o symetrii povrchové struktury. V přítomnosti adsorbátu může kvalitativní analýza poskytnout informace o velikosti a orientaci rotace základní buňky adsorbátu vzhledem k základní buňce substrátu.
• Kvantitativně jsou studovány závislosti maximální intenzity na energii dopadajícího elektronového paprsku. V tomto případě jsou skutečně získány charakteristiky proud-napětí . Porovnáním experimentálně získaných křivek s teoretickými získáme přesné informace o uspořádání atomů na povrchu.

Teorie

Kinematická teorie: jednoduchý rozptyl

Kinematická difrakce je definována jako jev, při kterém elektrony dopadající na dobře uspořádaný povrch krystalu zažívají jediný elastický rozptyl. Podle teorie je de Broglieho vlnová délka elektronového paprsku:

...

Dynamická teorie: vícenásobný rozptyl

...

Popis

Použití nízkoenergetických elektronů pro povrchovou analýzu je způsobeno dvěma hlavními důvody.

1. De Broglieho vlnová délka pro elektrony s energií 20-200 eV je přibližně 0,1-0,2 nm, což splňuje podmínku difrakce na atomových strukturách, totiž vlnová délka je rovna nebo menší než meziatomové vzdálenosti .
2. Průměrná délka dráhy takových elektronů s nízkou energií je několik atomových vrstev. V důsledku toho se většina elastického rozptylu vyskytuje v nejsvrchnějších vrstvách vzorku, a proto maximálně přispívají k difrakčnímu obrazci.

Obrázek ukazuje schéma experimentálního uspořádání pro přímé pozorování vzorů LME. V elektronovém dělu jsou elektrony emitované katodou (která má záporný potenciál -V) urychleny na energii eV a poté se pohybují a rozptylují na vzorku v prostoru bez pole od první mřížky difraktometru a vzorku. jsou uzemněny. Druhá a třetí mřížka, které mají potenciál o něco menší než katodový potenciál (V - ΔV), slouží k odříznutí nepružně rozptýlených elektronů. Čtvrtá mřížka je uzemněna a stíní ostatní mřížky před fluorescenční clonou, která je pod potenciálem asi +5 kV. Elektrony elasticky rozptýlené na povrchu vzorku jsou tedy po průchodu zpomalovacími mřížkami urychleny na vysoké energie, aby došlo k fluorescenci stínítka, na kterém je pozorován difrakční obrazec. Jako příklad obrázek ukazuje vzor LEED z atomově čistého povrchu Si(111)7×7 .

Metoda DME umožňuje:

1. kvalitativně posoudit dokonalost struktury povrchu — z dobře uspořádaného povrchu je pozorován vzor LEED s jasnými jasnými odrazy a nízkou úrovní pozadí;
2. určit reciproční mřížku povrchu z geometrie difrakčního obrazce;
3. vyhodnotit morfologii povrchu profilem difrakčního odrazu;
4. určit atomovou strukturu povrchu porovnáním závislostí intenzity difrakčních odrazů na energii elektronů (I–V křivky), vypočtené pro strukturální modely, se závislostmi získanými v experimentu.

Metody difrakce pomalých a rychlých elektronů se liší energií použitých elektronů a podle toho i různou geometrií (u DME dopadá elektronový paprsek na zkoumaný povrch téměř kolmo a u RHEED pod úhlem skluzu asi 1). -5º). Obě metody poskytují podobné informace o struktuře povrchu. Výhodou LEED je jednodušší design a také více vizuálních a snáze interpretovatelných získaných informací. Výhoda RHEED spočívá v možnosti provádět studie přímo v průběhu růstu filmu na povrchu vzorku.

Literatura

• Oura K., Lifshits V. G., Saranin A. A. et al. Úvod do fyziky povrchů / V. I. Sergienko .. - M. : Nauka, 2006. - 490 s.

Odkaz

Při psaní tohoto článku byl použit materiál z článku distribuovaného pod licencí Creative Commons BY-SA 3.0 Unported :
Zotov Andrey Vadimovich, Saranin Alexander Alexandrovich. Difrakce pomalých elektronů // Slovník nanotechnologických pojmů .