Elektrisk diffraksjon med lav energi - Low-energy electron diffraction

Figur 1 : LEED-mønster av en Si (100) rekonstruert overflate. Det underliggende gitteret er et firkantet gitter, mens overflaterekonstruksjonen har en 2 × 1 periodisitet. Som diskutert i teksten viser mønsteret at rekonstruksjon eksisterer i symmetrisk ekvivalente domener orientert langs forskjellige krystallografiske akser. Diffraksjonspunktene genereres ved akselerasjon av elastisk spredte elektroner på en halvkuleformet fluorescerende skjerm. Også sett er elektronpistolen som genererer den primære elektronstrålen; den dekker deler av skjermen.

Elektrisk diffraksjon med lav energi ( LEED ) er en teknikk for bestemmelse av overflatestrukturen til enkeltkrystallinske materialer ved bombardement med en kollimert stråle av lavenergielektroner (30-200 eV) og observasjon av diffrakterte elektroner som flekker på et lysstoffrør. skjerm.

LEED kan brukes på en av to måter:

  1. Kvalitativt der diffraksjonsmønsteret blir registrert og analyse av flekkposisjonene gir informasjon om symmetrien til overflatestrukturen. I nærvær av et adsorbat kan den kvalitative analysen avsløre informasjon om størrelsen og rotasjonsjusteringen av adsorbatenhetscellen med hensyn til substratenhetscellen.
  2. Kvantitativt, der intensiteten til diffrakterte stråler registreres som en funksjon av innfallende elektronstråleenergi for å generere de såkalte IV-kurvene. Sammenlignet med teoretiske kurver kan disse gi nøyaktig informasjon om atomposisjoner på overflaten ved hånden.

Historisk perspektiv

Et elektrondiffraksjonseksperiment som ligner på moderne LEED var det første som observerte elektroners bølgelignende egenskaper, men LEED ble etablert som et allestedsnærværende verktøy innen overflatevitenskap bare med fremskritt innen vakuumgenerering og elektrondeteksjonsteknikker.

Davisson og Germers oppdagelse av elektrondiffraksjon

Den teoretiske muligheten for forekomst av elektrondiffraksjon dukket først opp i 1924, da Louis de Broglie introduserte bølgemekanikk og foreslo den bølgelignende naturen til alle partikler. I sitt nobelprisvinnte arbeid postulerte de Broglie at bølgelengden til en partikkel med lineær momentum p er gitt av h / p , hvor h er Plancks konstant . De Broglie-hypotesen ble bekreftet eksperimentelt ved Bell Labs i 1927, da Clinton Davisson og Lester Germer skjøt lavenergi-elektroner mot et krystallinsk nikkelmål og observerte at vinkelavhengigheten av intensiteten til tilbakespredte elektroner viste diffraksjonsmønstre. Disse observasjonene var i samsvar med diffraksjonsteorien for røntgenstråler utviklet av Bragg og Laue tidligere. Før aksepten av de Broglie-hypotesen ble diffraksjon antatt å være en eksklusiv egenskap for bølger.

Davisson og Germer publiserte notater om deres elektrondiffraksjonsresultat i Nature and in Physical Review i 1927. En måned etter at Davisson og Germers arbeid dukket opp, publiserte Thompson og Reid deres elektrondiffraksjonsarbeid med høyere kinetisk energi (tusen ganger høyere enn energien brukt av Davisson og Germer) i samme journal. Disse eksperimentene avslørte elektronens bølgeegenskap og åpnet en epoke med elektrondiffraksjonsstudie.

Utvikling av LEED som et verktøy innen overflatevitenskap

Selv om den ble oppdaget i 1927, ble ikke lavenergidiffraksjon et populært verktøy for overflateanalyse før på begynnelsen av 1960-tallet. Hovedårsakene var at overvåking av retninger og intensiteter av diffrakterte bjelker var en vanskelig eksperimentell prosess på grunn av utilstrekkelige vakuumteknikker og langsomme deteksjonsmetoder som en Faraday-kopp . Siden LEED er en overflatefølsom metode, krevde den også velordnede overflatestrukturer. Teknikker for fremstilling av rene metalloverflater ble først tilgjengelig mye senere.

Ikke desto mindre var HE Farnsworth og kollegaer ved Brown University banebrytende for bruken av LEED som en metode for å karakterisere absorpsjon av gasser på rene metalloverflater og tilhørende regelmessige adsorpsjonsfaser, og startet kort tid etter Davisson og Germer-funnet i 1970-årene.

På begynnelsen av 1960-tallet opplevde LEED en renessanse, ettersom ultrahøyt vakuum ble allment tilgjengelig, og etter akselerasjonsdeteksjonsmetoden ble introdusert av Germer og hans kolleger ved Bell Labs ved hjelp av en flat fosforskjerm. Ved hjelp av denne teknikken ble diffrakterte elektroner akselerert til høye energier for å produsere klare og synlige diffraksjonsmønstre på skjermen. Ironisk nok var post-akselerasjonsmetoden allerede foreslått av Ehrenberg i 1934. I 1962 introduserte Lander og kolleger den moderne halvkuleformede skjermen med tilhørende halvkuleformede rutenett. På midten av 1960-tallet ble moderne LEED-systemer kommersielt tilgjengelig som en del av ultra-høyt vakuum instrumentering suite av Varian Associates og utløste et enormt løft av aktiviteter innen overflatevitenskap. Spesielt den fremtidige nobelprisvinneren Gerhard Ertl startet sine studier av overflatekjemi og katalyse på et slikt Varian-system.

Det ble snart klart at den kinematiske (single-scattering) teorien, som hadde blitt brukt med suksess for å forklare røntgendiffraksjonseksperimenter , var utilstrekkelig for den kvantitative tolkningen av eksperimentelle data innhentet fra LEED. På dette stadiet var en detaljert bestemmelse av overflatestrukturer, inkludert adsorpsjonssteder, bindingsvinkler og bindingslengder ikke mulig. En dynamisk elektrondiffraksjonsteori, som tok hensyn til muligheten for multispredning, ble etablert på slutten av 1960-tallet. Med denne teorien ble det senere mulig å reprodusere eksperimentelle data med høy presisjon.

Eksperimentelt oppsett

Figur 2 Skjematisk oversikt over et LEED-instrument bakfra.

For å holde den studerte prøven ren og fri for uønskede adsorbater, utføres LEED-eksperimenter i et ultrahøyt vakuummiljø (restgasstrykk <10 - 7  Pa).

LEED-optikk

Hovedkomponentene til et LEED-instrument er:

  1. En elektronkanon som monokromatiske elektronene som sendes ut fra en katode filament som er på et negativt potensial, typisk 10 til 600 V, med hensyn til prøven. Elektronene akselereres og fokuseres i en stråle, typisk ca. 0,1 til 0,5 mm bred, av en serie elektroder som fungerer som elektronlinser. Noen av elektronene som faller inn på prøveoverflaten, tilbakespredes elastisk, og diffraksjon kan oppdages hvis det er tilstrekkelig rekkefølge på overflaten. Dette krever vanligvis et område med enkelkrystalloverflate så bred som elektronstrålen, selv om det noen ganger er tilstrekkelig med polykrystallinske overflater, slik som høyt orientert pyrolytisk grafitt (HOPG).
  2. Et høypassfilter for spredte elektroner i form av en forsinkende feltanalysator, som blokkerer alle unntatt elastisk spredte elektroner. Den inneholder vanligvis tre eller fire halvkuleformede konsentriske nett. Fordi bare radiale felt rundt prøvetakingspunktet ville være tillatt, og geometrien til prøven og det omkringliggende området ikke er sfærisk, må rommet mellom prøven og analysatoren være feltfritt. Det første rutenettet skiller derfor mellomrommet over prøven fra det forsinkende feltet. Det neste nettet har et negativt potensial for å blokkere elektroner med lav energi, og kalles undertrykkeren eller porten . For å gjøre forsinkelsesfeltet homogent og mekanisk mer stabilt, tilsettes et annet rutenett med samme potensial bak det andre rutenettet. Det fjerde rutenettet er bare nødvendig når LEED brukes som en tetrode og strømmen på skjermen måles når den fungerer som skjerm mellom porten og anoden .
  3. En halvkuleformet, positivt forspent fluorescerende skjerm der diffraksjonsmønsteret kan observeres direkte, eller en posisjonsfølsom elektrondetektor. De fleste nye LEED-systemer bruker et omvendt visningsskjema, som har en minimert elektronpistol, og mønsteret blir sett bakfra gjennom en overføringsskjerm og en visningsport. Nylig har det blitt utviklet en ny digitalisert posisjonssensitiv detektor kalt en forsinkelseslinjedetektor med bedre dynamisk område og oppløsning.

Prøve

Prøven med ønsket overflatekrystallografisk orientering blir først kuttet og klargjort utenfor vakuumkammeret. Korrekt innretting av krystallet kan oppnås ved hjelp av røntgendiffraksjonsmetoder som Laue-diffraksjon . Etter at den er montert i UHV-kammeret blir prøven renset og flatet ut. Uønskede overflateforurensninger fjernes ved ioneforstøvning eller ved kjemiske prosesser som oksidasjons- og reduksjonssykluser . Overflaten flates ut ved gløding ved høye temperaturer. Når en ren og veldefinert overflate er fremstilt, kan monolag adsorberes på overflaten ved å eksponere den for en gass bestående av de ønskede adsorbatatomer eller molekyler.

Ofte vil herdingsprosessen la urenheter i bulk diffundere til overflaten og derfor føre til en ny forurensning etter hver rengjøringssyklus. Problemet er at urenheter som adsorberes uten å endre overflatesymmetrien, ikke lett kan identifiseres i diffraksjonsmønsteret. Derfor brukes Auger-elektronspektroskopi i mange LEED-eksperimenter for å bestemme prøvenes renhet nøyaktig.

Bruker detektoren til Auger-elektronspektroskopi

LEED-optikk brukes i noen instrumenter også til Auger-elektronspektroskopi . For å forbedre det målte signalet blir portens spenning skannet i en lineær rampe. En RC-krets tjener til å utlede det andre derivatet , som deretter forsterkes og digitaliseres. For å redusere støyen oppsummeres flere passeringer. Det første derivatet er veldig stort på grunn av den gjenværende kapasitive koblingen mellom gate og anode og kan forringe ytelsen til kretsen. Ved å bruke en negativ rampe til skjermen kan dette kompenseres. Det er også mulig å legge til en liten sinus i porten. En high-Q RLC-krets er innstilt på den andre harmoniske for å oppdage det andre derivatet.

Datainnsamling

Et moderne datainnsamlingssystem inneholder vanligvis et CCD / CMOS- kamera som peker mot skjermen for visualisering av diffraksjonsmønster og en datamaskin for dataopptak og videre analyse. Dyrere instrumenter har posisjonsfølsomme elektrondetektorer i vakuum som måler strømmen direkte, noe som hjelper til med den kvantitative IV-analysen av diffraksjonspunktene.

Teori

Overflatefølsomhet

Den grunnleggende årsaken til den høye overflatefølsomheten til LEED er at for lavenergi-elektroner er samspillet mellom det faste og elektronene spesielt sterkt. Når de trenger gjennom krystallet, vil primære elektroner miste kinetisk energi på grunn av uelastiske spredningsprosesser som plasmon- og fonon-eksitasjoner, samt elektron-elektron-interaksjoner.

I tilfeller hvor den detaljerte natur av de uelastiske prosesser er uviktig, blir de vanligvis behandlet ved å anta en eksponensiell reduksjon av den primære elektronstrålens intensitet I 0 i forplantningsretningen:

Her er d penetrasjonsdybden, og betegner den uelastiske middelveien , definert som avstanden et elektron kan bevege seg før intensiteten har redusert med faktoren 1 / e . Mens de uelastiske spredningsprosessene og følgelig den elektroniske middelfrie banen avhenger av energien, er den relativt uavhengig av materialet. Gjennomsnittlig fri vei viser seg å være minimal (5–10 Å) i energiområdet til lavenergielektroner (20–200 eV). Denne effektive dempningen betyr at bare noen få atomlag blir samplet av elektronstrålen, og som en konsekvens avtar dypere atoms bidrag til diffraksjonen gradvis.

Kinematisk teori: enkeltspredning

Figur 3 : Ewalds sfærekonstruksjon for tilfelle av diffraksjon fra et 2D-gitter. Kryssene mellom Ewalds kule og gjensidige gitterstenger definerer de tillatte diffrakterte bjelkene. For klarhetens skyld vises bare halvparten av kulen.

Kinematisk diffraksjon er definert som situasjonen der elektroner som berører en velordnet krystalloverflate spres elastisk bare en gang av den overflaten. I teorien er elektronstrålen representert med en plan bølge med en bølgelengde gitt av de Broglie-hypotesen :

Samspillet mellom spredere som er til stede i overflaten og de innfallende elektronene er mest praktisk beskrevet i gjensidige rom. I tre dimensjoner er de primitive gjensidige gittervektorene relatert til det virkelige romgitteret { a , b , c } på følgende måte:

Figur 4 : Ewalds kulekonstruksjon for normal forekomst av den primære elektronstrålen. De diffrakterte bjelkene indekseres i henhold til verdiene til h og k .

For en innfallende elektron med bølgevektor og spredt bølgevektor , er betingelsen for konstruktiv interferens og dermed diffraksjon av spredte elektronbølger gitt av Laue-tilstanden :

hvor ( h , k , l ) er et sett med heltall, og

er en vektor av det gjensidige gitteret. Merk at disse vektorene spesifiserer Fourier-komponentene for ladetetthet i det gjensidige (momentum) rommet, og at de innkommende elektronene sprer seg ved disse tetthetsmodulasjonene i krystallgitteret. Størrelsen på bølgevektorene er uendret, dvs. fordi bare elastisk spredning blir vurdert. Siden den gjennomsnittlige frie banen til lavenergielektroner i en krystall bare er noen få ångstrøm, er det bare de første få atomlagene som bidrar til diffraksjonen. Dette betyr at det ikke er diffraksjonsforhold i retningen vinkelrett på prøveoverflaten. Som en konsekvens er det gjensidige gitteret til en overflate et 2D-gitter med stenger som strekker seg vinkelrett fra hvert gitterpunkt. Stengene kan avbildes som regioner der de gjensidige gitterpunktene er uendelig tette. Derfor, i tilfelle diffraksjon fra en overflate, reduseres Laue-tilstanden til 2D-form:

der og er de primitive oversettings vektorer av den resiproke 2D gitter av overflaten og , betegner den delen av henholdsvis den reflekterte og innfallende bølgevektor parallell med prøveoverflaten. og er relatert til det virkelige romflategitteret, med som overflaten normalt, på følgende måte:

Laue-tilstandsligningen kan lett visualiseres ved hjelp av Ewalds sfærekonstruksjon. Figur 3 og 4 viser en enkel illustrasjon av dette prinsippet: Bølgevektoren til den innfallende elektronstrålen er tegnet slik at den slutter ved et gjensidig gitterpunkt. Ewalds kule er da sfæren med radius og opprinnelse i sentrum av den innfallende bølgevektoren. Ved konstruksjon vil hver bølgevektor sentrert ved opprinnelsen og avslutte ved et skjæringspunkt mellom en stang og sfæren, tilfredsstille 2D Laue-tilstanden og dermed representere en tillatt diffraksjonert stråle.

Figur 5 : STM- topografisk kart over reell plass av palladium (111) overflate, dets Fourier-transform i gjensidig rom som viser hovedkomponenter for periodisitet, og et 240 eV LEED-bilde fra samme overflate

Tolkning av LEED-mønstre

Figur 4 viser Ewalds kule for tilfelle av normal forekomst av den primære elektronstrålen, slik det ville være tilfelle i et faktisk LEED-oppsett. Det er tydelig at mønsteret som observeres på den fluorescerende skjermen, er et direkte bilde av det gjensidige gitteret på overflaten. Flekkene indekseres i henhold til verdiene til h og k . Størrelsen på Ewalds kule og dermed antall diffraksjonsflekker på skjermen styres av den innfallende elektronenergien. Fra kunnskapen om de gjensidige gittermodellene for det virkelige romgitteret kan konstrueres og overflaten kan karakteriseres i det minste kvalitativt når det gjelder overflateperiodisitet og punktgruppen. Figur 7 viser en modell av et ikke-rekonstruert (100) ansikt av en enkel kubisk krystall og det forventede LEED-mønsteret. Siden disse mønstrene kan utledes fra krystallstrukturen til bulkrystallet, kjent fra andre mer kvantitative diffraksjonsteknikker, er LEED mer interessant i tilfeller der overflatelagene til et materiale rekonstruerer, eller hvor overflateadsorbater danner sine egne overbygninger.

Overbygg

Figur 6 : Kartlegging av tunnelmikroskopi (STM) kart over iridium (111) overflate delvis dekket med enkeltlags grafen (nedre venstre del). På grunn av 10% gittermatching utvikler grafen en 2,5 nm moiré-overbygning . Dette kan sees på 69 eV LEED-bilder som seks nye flekker på grunn av karbonhoneycomb-gitterets iboende periodisitet, og mange replikaer på grunn av moiréens langbølgelengde (liten bølgevektor).

Overliggende overbygg på en underlagsflate kan innføre ytterligere flekker i det kjente (1 × 1) arrangementet. Disse er kjent som ekstra flekker eller superflekker . Figur 6 viser mange slike flekker som dukker opp etter at en enkel sekskantet overflate av et metall er blitt dekket med et lag med grafen . Figur 7 viser en skjematisk oversikt over ekte og gjensidige romgitter for en enkel (1 × 2) overbygning på et kvadratgitter.

Figur 7 : Ekte og gjensidige romgitter for et (100) ansikt av et enkelt kubisk gitter, og de to tilsvarende (1 × 2) overbygningene. De grønne flekkene i LEED-mønsteret er de ekstra flekkene som er knyttet til den adsorberende strukturen.

For en tilsvarende overbygning kan symmetrien og rotasjonsjusteringen med hensyn til adsorberende overflate bestemmes ut fra LEED-mønsteret. Dette er enklest vist ved å bruke en matriksnotasjon, der de primitive oversettelsesvektorene til supergitteret { a sb s } er knyttet til de primitive oversettelsesvektorene til det underliggende (1 × 1) gitteret { ab } på følgende måte

Matrisen for overbygningen er da

Tilsvarende de primitive oversettelsesvektorene til gitteret som beskriver de ekstra flekkene { a
s
b
s
} er knyttet til de primitive oversettelsesvektorene til det gjensidige gitteret { a b }

G er relatert til G på følgende måte

Domener

Figur 8 : Superposisjon av LEED-mønstrene knyttet til de to ortogonale domenene (1 × 2) og (2 × 1). LEED-mønsteret har en firdobbelt rotasjonssymmetri.

Et viktig problem når man vurderer LEED-mønstre er eksistensen av symmetrisk ekvivalente domener. Domener kan føre til diffraksjonsmønstre som har høyere symmetri enn den faktiske overflaten. Årsaken er at vanligvis tverrsnittsarealet til den primære elektronstrålen (~ 1 mm 2 ) er stort sammenlignet med den gjennomsnittlige domenestørrelsen på overflaten, og dermed kan LEED-mønsteret være en overstilling av diffraksjonsstråler fra domener orientert langs forskjellige akser av underlagsgitteret.

Men siden den gjennomsnittlige domenestørrelsen generelt er større enn koherenslengden til sonderingselektronene, kan interferens mellom elektroner spredt fra forskjellige domener neglisjeres. Derfor fremkommer det totale LEED-mønsteret som den usammenhengende summen av diffraksjonsmønstrene som er knyttet til de enkelte domenene.

Figur 8 viser overstillingen av diffraksjonsmønstrene for de to ortogonale domenene (2 × 1) og (1 × 2) på et kvadratisk gitter, dvs. for tilfellet der den ene strukturen bare roteres 90 ° i forhold til den andre. (1 × 2) strukturen og det respektive LEED-mønsteret er vist i figur 7. Det er tydelig at den lokale symmetrien til overflatestrukturen er dobbelt, mens LEED-mønsteret viser en firdobbelt symmetri.

Figur 1 viser et reelt diffraksjonsmønster av samme situasjon for tilfellet med en Si (100) overflate. Imidlertid er her (2 × 1) strukturen dannet på grunn av overflaterekonstruksjon .

Dynamisk teori: multiple spredning

Inspeksjonen av LEED-mønsteret gir et kvalitativt bilde av overflatens periodisitet, dvs. størrelsen på overflatenhetscellen og til en viss grad av overflatesymmetrier. Imidlertid vil det ikke gi noen informasjon om atomarrangementet i en overflateenhetscelle eller stedene til adsorberte atomer. For eksempel, når hele overbygningen i figur 7 forskyves slik at atomene adsorberer i brosteder i stedet for på toppen, forblir LEED-mønsteret det samme, selv om de individuelle punktintensitetene kan variere noe.

En mer kvantitativ analyse av LEED eksperimentelle data kan oppnås ved analyse av såkalte IV-kurver, som er målinger av intensiteten versus innfallende elektronenergi. IV-kurvene kan tas opp ved hjelp av et kamera som er koblet til datastyrt datahåndtering eller ved direkte måling med en bevegelig Faraday-kopp. De eksperimentelle kurvene blir deretter sammenlignet med datamaskinberegninger basert på antagelsen om et bestemt modellsystem. Modellen endres i en iterativ prosess til en tilfredsstillende samsvar mellom eksperimentelle og teoretiske kurver er oppnådd. Et kvantitativt mål for denne avtalen er den såkalte påliteligheten - eller R-faktoren. En vanlig pålitelighetsfaktor er den som Pendry foreslår. Det uttrykkes i form av det logaritmiske derivatet av intensiteten:

R-faktoren blir da gitt av:

hvor og er den imaginære delen av elektronens egenenergi. Generelt sett på som en god avtale, regnes som middelmådig og regnes som en dårlig avtale. Figur 9 viser eksempler på sammenligningen mellom eksperimentelle I – V-spektre og teoretiske beregninger.

Figur 9 : Eksempler på sammenligning mellom eksperimentelle data og en teoretisk beregning (en AlNiCo kvasikrystalloverflate). Takk til R. Diehl og N. Ferralis for å levere dataene.

Dynamiske LEED-beregninger

Begrepet dynamisk stammer fra studiene av røntgendiffraksjon og beskriver situasjonen der krystallets respons på en innfallende bølge er inkludert selvkonsistent og multippel spredning kan forekomme. Målet med enhver dynamisk LEED-teori er å beregne intensiteten av diffraksjon av en elektronstråle som berører en overflate så nøyaktig som mulig.

En vanlig metode for å oppnå dette er den selvkonsistente multispredningsmetoden. Et essensielt poeng i denne tilnærmingen er antagelsen om at spredningsegenskapene til overflaten, dvs. de enkelte atomer, er kjent i detalj. Hovedoppgaven reduseres deretter til bestemmelsen av den effektive bølgefelthendelsen på de enkelte spredte tilstede i overflaten, der det effektive feltet er summen av primærfeltet og feltet som sendes ut fra alle de andre atomene. Dette må gjøres på en selvkonsistent måte, siden det atom som sendes ut av et atom er avhengig av det effektive hendelsesfeltet på det. Når det effektive feltinnfallet på hvert atom er bestemt, kan det totale feltet som sendes ut fra alle atomer bli funnet, og dets asymptotiske verdi langt fra krystallet gir deretter de ønskede intensitetene.

En vanlig tilnærming i LEED-beregninger er å beskrive krystallets spredningspotensiale ved hjelp av en "muffinsblikk" -modell, hvor krystallpotensialet kan tenkes å bli delt opp av ikke-overlappende kuler sentrert på hvert atom slik at potensialet har en sfærisk symmetrisk form inne i kulene og er konstant overalt ellers. Valget av dette potensialet reduserer problemet til spredning fra sfæriske potensialer, som kan håndteres effektivt. Oppgaven er da å løse Schrödinger-ligningen for en innfallende elektronbølge i det "muffinsformet" potensialet.

Relaterte teknikker

Tensor LEED

I LEED bestemmes den nøyaktige atomkonfigurasjonen av en overflate ved en prøve- og feilprosess der målte IV-kurver sammenlignes med datamaskinkalkulerte spektre under antagelse om en modellstruktur. Fra en innledende referansestruktur opprettes et sett prøvestrukturer ved å variere modellparametrene. Parametrene endres inntil en optimal samsvar mellom teori og eksperiment oppnås. For hver prøvestruktur må det imidlertid gjennomføres en full LEED-beregning med flere spredningskorrigeringer. For systemer med stor parameterplass kan behovet for beregningstid bli betydelig. Dette er tilfelle for komplekse overflatestrukturer eller når store molekyler vurderes som adsorbater.

Tensor LEED er et forsøk på å redusere beregningsinnsatsen som trengs ved å unngå full LEED-beregninger for hver prøvestruktur. Skjemaet er som følger: Man definerer først en referanseflatestruktur som I – V-spekteret beregnes for. Deretter opprettes en prøvestruktur ved å forskyve noen av atomene. Hvis forskyvningene er små, kan prøvestrukturen betraktes som en liten forstyrrelse av referansestrukturen, og førsteordens forstyrrelsesteori kan brukes til å bestemme IV-kurvene til et stort sett med prøvestrukturer.

Spotprofilanalyse lavenergi elektrondiffraksjon (SPA-LEED)

En ekte overflate er ikke perfekt periodisk, men har mange ufullkommenheter i form av forvridninger, atomtrinn, terrasser og tilstedeværelsen av uønskede adsorberte atomer. Denne avgangen fra en perfekt overflate fører til en utvidelse av diffraksjonspunktene og legger til bakgrunnsintensiteten i LEED-mønsteret.

SPA-LEED er en teknikk der profilen og formen på intensiteten til diffraksjonsbjelkepunkter måles. Flekkene er følsomme for uregelmessigheter i overflatestrukturen, og undersøkelsen deres tillater derfor mer detaljerte konklusjoner om noen overflateegenskaper. Bruk av SPA-LEED kan for eksempel tillate en kvantitativ bestemmelse av overflateruhet, terrassestørrelse, forskyvningsoppsett, overflatesteg og adsorbater.

Selv om en viss grad av spotprofilanalyse kan utføres i vanlige LEED- og til og med LEEM- oppsett, tillater dedikerte SPA-LEED-oppsett, som skanner diffraksjonspunktets profil over en dedikert kanal-detektor, mye høyere dynamisk område og profiloppløsning .

Annen

Se også

Eksterne linker

Referanser

  1. ^ a b c K. Oura; VG Lifshifts; AA Saranin; AV Zotov; M. Katayama (2003). Overflatevitenskap . Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York. s.  1 –45.
  2. ^ a b c M. A. Van Hove; WH Weinberg; CM Chan (1986). Elektronisk diffraksjon med lav energi . Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York. s.  1 –27, 46–89, 92–124, 145–172. doi : 10.1002 / maco.19870380711 . ISBN 978-3-540-16262-9.
  3. ^ Femti år med elektrondiffraksjon: i erkjennelse av femti års prestasjon av krystallografene og gassdiffraksjonistene innen elektrondiffraksjon . Goodman, P. (Peter), 1928–, International Union of Crystallography. Dordrecht, Holland: Publisert for International Union of Crystallography av D. Reidel. 1981. ISBN 90-277-1246-8. OCLC  7276396 .CS1 maint: andre ( lenke )
  4. ^ EJ Scheibner, LH Germer og CD Hartman (1960). "Apparat for Direct Observation of LEED Patterns". Pastor Sci. Instrum . 31 (2): 112–114. Bibcode : 1960RScI ... 31..112S . doi : 10.1063 / 1.1716903 .CS1 maint: flere navn: forfatterliste ( lenke )
  5. ^ LH Germer, og CD Hartman (1960). "Forbedret LEED-apparat". Pastor Sci. Instrum . 31 (7): 784. Bibcode : 1960RScI ... 31..784G . doi : 10.1063 / 1.1717051 .
  6. ^ W. Ehrenberg (1934). "En ny metode for å undersøke diffraksjonen av langsomme elektroner av krystaller". Phil. Mag . 18 (122): 878–901. doi : 10.1080 / 14786443409462562 .
  7. ^ JJ Lander, J. Morrison og F. Unterwald (1962). "Forbedret design og driftsmåte for LEED-utstyr". Pastor Sci. Instrum . 33 (7): 782–783. Bibcode : 1962RScI ... 33..782L . doi : 10.1063 / 1.1717975 .CS1 maint: flere navn: forfatterliste ( lenke )
  8. ^ Ertl, G. (1967). "Untersuchung von oberflächenreaktionen mittels beugung langsamer elektronen (LEED)". Overflatevitenskap . 6 (2): 208–232. doi : 10.1016 / 0039-6028 (67) 90005-2 . ISSN  0039-6028 .
  9. ^ Human, D .; Hu, XF; Hirschmugl, CJ; Ociepa, J .; Hall, G .; Jagutzki, O .; Ullmann-Pfleger, K. (2006-02-01). "Elektronediffraksjon med lav energi ved hjelp av en elektronisk forsinkelseslinjedetektor" . Gjennomgang av vitenskapelige instrumenter . 77 (2): 023302. doi : 10.1063 / 1.2170078 . ISSN  0034-6748 .
  10. ^ Pendry (1974). Elektronisk diffraksjon med lav energi . Academic Press Inc. (London) LTD. s.  1–75 .
  11. ^ Zangwill, A., "Physics at Surfaces", Cambridge University Press (1988), s.33
  12. ^ C. Kittel (1996). "2". Introduksjon til faststoffysikk . John Wiley, USA.
  13. ^ JB Pendry (1980). "Pålitelighetsfaktorer for LEED-beregninger". J. Phys. C . 13 (5): 937–944. Bibcode : 1980JPhC ... 13..937P . doi : 10.1088 / 0022-3719 / 13/5/024 .
  14. ^ EG McRae (1967). "Selvkonsistent multispredende tilnærming til tolkningen av lavenergi-elektrondiffraksjon". Overflatevitenskap . 8 (1–2): 14–34. Bibcode : 1967SurSc ... 8 ... 14M . doi : 10.1016 / 0039-6028 (67) 90071-4 .
  15. ^ PJ Rous JB Pendry (1989). "Tensor LEED I: En teknikk for høyhastighets overflatestrukturbestemmelse ved lavenergi-elektrondiffraksjon". Komp. Phys. Comm . 54 (1): 137–156. Bibcode : 1989CoPhC..54..137R . doi : 10.1016 / 0010-4655 (89) 90039-8 .
  16. ^ PJ Rous JB Pendry (1989). "Teorien om Tensor LEED". Surf. Sci . 219 (3): 355–372. Bibcode : 1989SurSc.219..355R . doi : 10.1016 / 0039-6028 (89) 90513-X .
  17. ^ a b M. Henzler (1982). "Studier av overflatefeilheter". Appl. Surf. Sci . 11/12: 450–469. Bibcode : 1982ApSS ... 11..450H . doi : 10.1016 / 0378-5963 (82) 90092-7 .
  18. ^ Horn-von Hoegen, Michael (1999). "Vekst av halvlederlag studert ved spotprofil som analyserer elektronenes diffraksjon med lav energi" (PDF) . Zeitschrift für Kristallographie . 214 : 684–721 . Hentet 25. januar 2020 .