Дифракционные методы
Дифракционные методы — совокупность
методов исследования атомного строения
вещества, использующих дифракцию пучка
фотонов, электронов или нейтронов,
рассеиваемого исследуемым объектом.
Дифракционные методы
РФД
Рентгенография
Электронография
Нейтронография
Закон Вульфа-Брэгга
Падающая на атом вещества волна
вызывает
индуцированные
колебания электронов. При этом
излучается волна с той же частотой, с
какой
происходят
колебания.
Излучаемая
волна
имеет
сферический фронт и рассеивается
по
всем
направлениям.
Зная
распределение электронов в атоме,
можно теоретически рассчитать
рассеивающую способность атома. В
реальном теле каждый из атомов
становится источником рассеянных
волн,
которые
в
результате
интерференции могут усиливать или
ослаблять друг друга. Это означает,
что энергия излучения рассеивается
в разных направлениях с различной
интенсивностью.
Вид
картины
рассеяния будет зависеть от сорта
атомов, расстояний между ними,
частоты падающего излучения и ряда
других факторов .
Дифракционная картина
Дифракционная картина зависит от длины волны, угла падения и строения
объекта.
Дифракционные методы. Классификация.
Метод
Рентгенография
Электронография
Нейтронография
0,03…0,07
1000…10 000
0,003…0,006(МЭ)…0,1(МЭ)
10…200 (МЭ) …10 000 (БЭ)
~0,1
0.1…0.01
1
1 000 000
0,01
Объект взаимодействия
излучения
Электронные оболочки
атомов
Электростатическое поле
атома
Дельтообразный
потенциал ядерных сил
Дифракционная картина
Распределение
электронной плотности
Распределение
электростатического поля
Распределение
потенциала ядерных
сил
Длина волны, нм /
Энергия, эВ
Интенсивность
дифракции
Фиксация волны
+/-
• На пленке
• Счетчики
+
Рентгеноструктурный
анализ
объемных
кристаллов
• На пленке
• Счетчики
+ Простота фокусировки,
большое сечение рассеяния
и
малая
глубина
проникновения электронов в
образец
-
Счетчики
?
- Дифракционные методы не позволяют непосредственно наблюдать атомы
поверхности. Во всех методах исследования структуры поверхности, основанных на
явлении дифракции, измеряется интенсивность дифрагировавшей волны, в то
время как ее фаза остается неизвестной. Для определения положения атомов в
ячейке кристаллической ре шетки необходим расчет, основанный на определенной
модели. Поскольку решение такой обратной задачи может быть не единственным,
нет полной уверенности в том, что выбранная модель наилучшим образом
описывает исследуемый объект.
Дифракционные методы
РСА (рентгеновский структурный анализ).
Рассеяние рентгеновских
лучей кристаллами (или молекулами жидкостей и газов), при котором из
начального пучка лучей возникают вторичные отклонённые пучки той же
длины волны, появившиеся в результате взаимодействия первичных
рентгеновских лучей с электронами вещества; направление и
интенсивность вторичных пучков зависят от строения рассеивающего
объекта.
ПТСРСП
(протяженная тонкая структура рентгеновских спектров
поглощения). Фотоэлектрон, выбитый поглощенным фотоном из поглощающего
атома, рассматривается как сферическая волна, стартующую от точки поглощения
фотона, а окружающие атомы вещества, как рассеивающие центры. Испускаемая
центральным атомом сферическая фотоэлектронная волна может отражаться
(рассеиваться в обратном направлении) в виде вторичных сферических волн от
электронных оболочек соседних атомов. Рассеянные фотоэлектронные волны,
будучи когерентными, могут интерферировать с распространяющейся
первичной волной и между собой, образуя максимумы и минимумы
электронной плотности в межатомном пространстве и в точке испускания первичной
волны.
ПТСРСП – см РАС в разделе СПЕКТРОСКОПИЯ
РФД (рентгеновская фотоэлектронная дифракция). Рассеяние фото- или
оже- электронов, эмитированных с внутренних уровней поверхностных
атомов, на монокристаллических поверхностях.
РФД – см РФЭС в разделе СПЕКТРОСКОПИЯ
Дифракционные методы
ДМЭ (дифракция медленных электронов). Используется монохромный
пучок медленных (до 100 эВ) электронов, который, падая на поверхность,
рассеивается обратно.
ДБЭ (дифракция быстрых электронов). Используется пучок быстрых
электронов с энергией 5–100 кэВ, упруго рассеянных от исследуемой
поверхности под скользящими углами.
ПЭМ (просвечивающая электронная микроскопия) в режиме
дифракционного контраста. Рассеяние электронного пучка, проходящего
через тонкий образец, на кристаллической решетке.
Дифракционные методы. Возможности.
«Чтение» дифракционной картины.
(На примере ДМЭ от поверхности Si (111))
Схематическое изображение геометрии:
Набор точечных рефлексов
(Дифракционная картина)
L – расстояние от образца до экрана, α – угол
отражения, 2θ – угол рассеяния электронного
пучка, h – расстояние от центрального пятна
на экране до одного из рефлексов, образуемых
отраженными электронами, h << L
Межатомное расстояние
при дифракции на
двумерной решетке
Схема установки
Для каждого рефлекса
sin 2θ = h / L
При =0
межплоскостное расстояние
d = mλL / h
