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《低能電子能譜(leed)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、低能電子能譜(LEED)LowEnergyElectronDiffraction1.1引言1921年Davisson和Germer就研究了電子束在單晶表面的散射現(xiàn)象。并發(fā)現(xiàn)了電子的散射不是各向同性的。30年代后，人們開始了低能電子衍射方面的研究。50年代，隨著超高真空技術(shù)的發(fā)展，人們識別到獲得清潔表面對觀察低能電子衍射圖象的重要性，用LEED研究了Ti,Ge,Si,Ni,SiC等的表面原子排列，并開始研究氣體在單晶表面的吸附現(xiàn)象。從七十年代開始，開展了LEED強度特性的理論研究，并結(jié)合計算機模擬計算，對表面結(jié)構(gòu)進行研究。目前，人們已
2、對一百多種表面結(jié)構(gòu)進行了研究，得到許多表面吸附結(jié)構(gòu)方面的新知識。入射電子的能量通常為20~500eV，對應(yīng)的波長為0.3~0.05nm。低能電子衍射裝置的原理示意圖1.2低能電子衍射晶體中的原子對能量在0~500eV范圍內(nèi)的電子有很大的散射截面，入射電子在經(jīng)受彈性或非彈性散射之前是不能進入晶體很深的。因此，背散射電子中絕大部分是被表面或近表面的原子散射回來的，這就使低能電子衍射成為研究表面結(jié)構(gòu)的一個理想的手段。正是由于晶體原子對低能電子散射的截面很大，使得電子在離開晶體前經(jīng)受多次散射的幾率很大，這種現(xiàn)象稱為多重散射。由于多重散射的存
3、在，使低能電子衍射結(jié)果的分析變得極為復(fù)雜。至今，還不能唯一地根據(jù)低能電子衍射數(shù)據(jù)決定晶體表面原子的排列，這方面的研究仍在繼續(xù)進行之中。一維衍射柵產(chǎn)生的散射圓錐由于表面原子的散射截面很大，起散射作用的主要是表面第一層原子，作為近似，可按二維散射考慮。對于一維原子鏈，則相鄰原子間的光程差等于波長的整數(shù)倍時，散射波發(fā)生衍射。對于垂直入射的電子，則衍射條件為：acos?h=h?，h=0,?1,?2,……表明衍射方向處在與軸線成?h的圓錐面上。如果熒光屏位于電子槍的同一方，且是以衍射柵為球心的一個球面，則衍射圓錐和熒光屏的交線是一組直線，間距
4、為r?/a，r是熒光屏的半徑。對于二維網(wǎng)格，設(shè)二維網(wǎng)格單元是長方形，x方向間距為a，y方向的間距為b。對垂直入射的情況，在x方向發(fā)生衍射的同時，在y方向上也有類似的衍射發(fā)生。因此，對二維衍射柵，熒光屏上顯示出一組點。對于較復(fù)雜的二維晶格，衍射條件為：(s?s0)·(pa+qb)=n?若電子束垂直入射，則有s·(pa+qb)=n?即s·a=h?，s·b=k?。在二維倒格子中，衍射方程為：(s?s0)/?=Hhk+NN是垂直于倒易晶格的一個矢量。由衍射方程，可以利用反射圖的概念確定衍射方向。由二維倒易晶格和厄華德球確定的衍射方向因為衍射
5、方向決定于倒易晶格垂線與反射球的交點，若樣品處于熒光屏的球心，則熒光屏上LEED圖案是二維倒易晶格的投影。當(dāng)入射電子能量改變時，電子波長發(fā)生變化，LEED圖案隨之變化。當(dāng)電子能量變化時，(00)位置是不變的，這個規(guī)律可以用來判斷那個斑一點是(00)點，并且可以判斷原電子束是否垂直入射。1.3基本理論及應(yīng)用運動學(xué)理論：先考慮一維情況，設(shè)有M個原子，則相鄰原子散射波的光程差為：?＝-2?(s?s0)·d/λ＝-K·dK為散射矢量。若第j個原子的散射波為：?j=Acos[?t+?+j?]=Re[Aexpi(?t+?+j?)]則合成的散射波
6、為：對于基矢為a,b，每個晶格內(nèi)有N個原子的二維晶格，有：其中fn為網(wǎng)格內(nèi)第n個原子的散射因子。定義F為單元網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)因子，則總散射波的強度為：即K?a=2h?，K?b=2k?時，發(fā)生衍射極大。結(jié)構(gòu)因子F為：將引起衍射光點的強弱不同，甚至消光。吸附表面的LEED圖案：單晶表面吸附氣體時，LEED圖案將隨之變化。改變后的衍射圖案反映了吸附原子的排列規(guī)律。吸附表面的衍射圖案和原單晶面的衍射圖案有一定的幾何關(guān)系。W(100)面吸氧前后的衍射圖案及可能的吸附原子在表面的排列。根據(jù)這一結(jié)果，可以推測氧在W(100)面的排列可能是W(100)(
7、2?2)-O。對于復(fù)雜的情況，吸附面的原子排列可能有多種形式，因為吸附面衍射圖只說明吸附原子的單元網(wǎng)格的形狀和大小，并不能給出具體的原子位置。Cu(210)面吸氧前后的LEED圖及可能的原子排列W(100)面吸氫前后的LEED圖及可能的原子排列。由此可以推出其表面結(jié)構(gòu)為W(100)()R45o-H。可以用代數(shù)矩陣方法從吸附原子排列求衍射圖，也可從衍射圖求吸附表面結(jié)構(gòu)。設(shè)Ms為描述吸附表面結(jié)構(gòu)的矩陣，Ms*為描述吸附前后衍射圖間的聯(lián)系，則有：同步網(wǎng)格對于大多數(shù)吸附層，吸附原子緊密地排列在一起。然而，某些吸附表面的LEED圖案卻顯示出吸
8、附原子所產(chǎn)生的周期很長。這時，吸附層排列有兩種可能：吸附分子相互作用距離很遠(yuǎn)；形成同步網(wǎng)格。氨與W(211)面相互作用后，在某一階段出現(xiàn)(7?2)衍射圖案同步網(wǎng)格是吸附原子或分子間相互作用力和吸附原子與基體原子作用力共同作用所導(dǎo)致的吸
