Дифракция медленных электронов

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Дифракция медленных электронов сокр., ДМЭ, ДЭНЭ иначе дифракция электронов низкой энергии (англ. low-energy electron diffraction сокр., LEED) — метод исследования структуры поверхности твердых тел, основанный на анализе картин дифракции низкоэнергетических электронов с энергией 30-200 эВ, упруго рассеянных от исследуемой поверхности. Позволяет изучать реконструкцию поверхности.

Описание[править | править код]

Использование для анализа поверхности электронов именно низких энергий обусловлено двумя основными причинами.

  1. Длина волны де Бройля для электронов с энергией 30-200 эВ составляет примерно 0,1-0,2 нм, что удовлетворяет условию дифракции на атомных структурах, а именно, длина волны равна или меньше межатомных расстояний.
  2. Средняя длина пробега таких низкоэнергетических электронов составляет несколько атомных слоев. Вследствие этого большинство упругих рассеяний происходит в самых верхних слоях образца, следовательно, они дают максимальный вклад в картину дифракции.
Схема стандартной четырёхсеточной установки ДМЭ и вид картины ДМЭ от поверхности Si(111)7×7 на флюоресцентном экране

На рисунке представлена схема экспериментальной установки для прямого наблюдения картин ДМЭ. В электронной пушке электроны, испускаемые катодом (находящимся под отрицательным потенциалом -V), ускоряются до энергии eV, а затем движутся и рассеиваются на образце в бесполевом пространстве, поскольку первая сетка дифрактометра и образец заземлены. Вторая и третья сетки, находящиеся под потенциалом чуть меньше потенциала катода (V — ΔV), служат для отсечения неупруго рассеянных электронов. Четвёртая сетка заземлена и экранирует другие сетки от флуоресцентного экрана, находящегося под потенциалом порядка +5 кВ. Таким образом, электроны, упруго рассеянные на поверхности образца, после прохождения тормозящих сеток ускоряются до высоких энергий, чтобы вызвать флуоресценцию экрана, на котором и наблюдается дифракционная картина. В качестве примера на рисунке показана картина ДМЭ от атомарно чистой поверхности Si(111)7×7.

Метод ДМЭ позволяет:

  1. качественно оценить структурное совершенство поверхности — от хорошо упорядоченной поверхности наблюдается картина ДМЭ с четкими яркими рефлексами и низким уровнем фона;
  2. определить обратную решетку поверхности из геометрии дифракционной картины;
  3. оценить морфологию поверхности по профилю дифракционного рефлекса;
  4. определить атомную структуру поверхности путём сравнения зависимостей интенсивности дифракционных рефлексов от энергии электронов (I—V кривых), рассчитанных для структурных моделей, с зависимостями, полученными в эксперименте.

Методы дифракции медленных и быстрых электронов различаются энергией используемых электронов и, соответственно, различной геометрией (в ДМЭ пучок электронов падает на исследуемую поверхность практически перпендикулярно, а в ДБЭ под скользящим углом порядка 1-5º). Оба метода дают сходную информацию о структуре поверхности. Преимуществом ДМЭ является более простая конструкция, а также более наглядная и удобная для интерпретации получаемая информация. Преимущество ДБЭ заключается в возможности проведения исследований непосредственно в ходе наращивания пленок на поверхности образца.

Литература[править | править код]

  • Оура К., Лифшиц В. Г., Саранин А. А. и др. Введение в физику поверхности / В. И. Сергиенко.. — М.: Наука, 2006. — 490 с.

Ссылка[править | править код]