Дифракция медленных электронов. Экспериментальная техника ДМЭ

Дифракция медленных электронов (ДМЭ) - это старейший из современных методов исследования поверхности. Начало этому методу положили классические опыты К. Дэвиссона и Л. Джермера, проведенные в 1927 году, послужившие первым доказательством волновой природы электрона. Однако, широкое применение ДМЭ, как и остальных методов исследования поверхности, началось с 60-х годов в связи с развитием современной техники сверхвысокого вакуума.

Медленными называются электроны с энергией 10... 100 эВ. Эта энергия сравнима по абсолютной величине с энергией внешних оболочек атомов. По этой причине медленные электроны сильно взаимодействуют с веществом, хорошо рассеиваются, в результате чего средняя длина свободного пробега составляет всего 5... 10 А. Этим обусловлена поверхностная чувствительность метода.

Дифракционные картины при рассеянии медленных электронов интерпретируют обычно в кинематическом приближении, в котором пренебрегают потерями энергии первичных электронов. Другими словами, вклад в дифракционную картину в этом приближении учитывается только от упруго отраженных электронов. Поскольку при малых энергиях разница в энергиях упруго отраженных и истинно вторичных электронов мала, необходимо в экспериментальной установке принимать меры для отделения упруго отраженных электронов от неупруго рассеянных.

Для наблюдения дифракции медленных электронов применяют сеточный сферический анализатор с задерживающим полем, используемый для анализа вторичных электронов в электронной спектроскопии (рис. 4.9). Электронная пушка 1 создает на образце (мишени) 2 пучок с силой тока приблизительно 1 мкА. Регистрация рассеянных упругих электронов осуществляется с помощью сферического коллектора 3, покрытого люминофором. Перед коллектором расположены 2-3 сферические сетки 4. Потенциал первой сетки от образца тот же, что и образца. В этом случае электроны движутся от образца к коллектору прямолинейно, не испытывая действия электрического поля. Последующие одна или две сетки служат для замедления всех электронов, кроме упруго отраженных. Для этого на эти сетки подается потенциал, несколько меньший потенциала катода электронной пушки, в результате чего сетки пропускают только упруго рассеянные электроны. Эти электроны затем проходят последнюю стадию ускорения в пространстве между сетками и коллектором, на который подается потенциал +3... +5 кВ. На коллекторе в этом случае получается светящееся изображение дифракционной картины, которое можно наблюдать либо “на просвет”, либо “на отражение” сквозь сетки позади образца.

На этом же рисунке показаны стержни обратной решетки и построение Эвальда для данной геометрии эксперимента. Из этого построения довольно четко видно, что дифракционная картина есть проекция поверхностной обратной решетки.

Увеличение дифракционной картины в плоскости наблюдения определяется радиусом сферы Эвальда, т.е. энергией электронов и расстоянием от образца до коллектора R. Из рисунка получим, что межплоскостное расстояние

, (4.13)

где длина волны электронов λ зависит от их энергии E следующим образом:

. (4.14)

Рис. 7. Вид дифракционной картины в плоскости наблюдения

Здесь длина волны измеряется в ангстремах, а энергия в электронвольтах.

На рисунке 4.10 приведена дифракционная картина в плоскости наблюдения для геометрии эксперимента, изображенном на рисунке 4.9.

Анализ геометрии дифракционной картины на основе приведенных выше элементарных соотношений позволяет довольно просто определять периоды и симметрию поверхностной решетки.

В современных вариантах регистрации максимумов дифракции для наблюдения за экраном часто используют видеокамеру. Анализ видеосигнала с применением компьютерной обработки позволяет получать информацию не только о положениях рефлексов, но и о распределении интенсивности внутри каждого дифракционного максимума, что увеличивает информативность метода.

Дата добавления: 2014-01-11