Difracción de electrones lentos

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La difracción lenta de electrones ( LEED ) es un método para estudiar la estructura de la superficie de los sólidos basado en el análisis de patrones de difracción de electrones de baja energía (20–200 eV) dispersados ​​elásticamente. Le permite estudiar la reconstrucción de la superficie .

DME se puede utilizar de dos maneras:

• Cualitativamente, se registran los patrones de difracción y el análisis de la posición de los picos de difracción proporciona información sobre la simetría de la estructura de la superficie. En presencia de un adsorbato , el análisis cualitativo puede proporcionar información sobre el tamaño y la orientación de rotación de la celda unitaria del adsorbato en relación con la celda unitaria del sustrato.
• Cuantitativamente, se estudian las dependencias de la intensidad máxima con la energía del haz de electrones incidente. En este caso, las características de corriente-voltaje se obtienen realmente . Comparando las curvas obtenidas experimentalmente con las teóricas, obtenemos información precisa sobre la disposición de los átomos en la superficie.

Teoría

Teoría cinemática: dispersión simple

La difracción cinemática se define como el fenómeno en el que los electrones que inciden sobre una superficie cristalina bien ordenada experimentan una única dispersión elástica. Según la teoría, la longitud de onda de De Broglie del haz de electrones es:

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Teoría dinámica: dispersión múltiple

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Descripción

El uso de electrones de baja energía para el análisis de superficies se debe a dos razones principales.

1. La longitud de onda de De Broglie para electrones con una energía de 20-200 eV es de aproximadamente 0,1-0,2 nm, lo que satisface la condición de difracción en estructuras atómicas, es decir, la longitud de onda es igual o menor que las distancias interatómicas .
2. La longitud de trayectoria promedio de estos electrones de baja energía es de varias capas atómicas. Como consecuencia, la mayor parte de la dispersión elástica se produce en las capas superiores de la muestra, por lo que contribuyen al máximo al patrón de difracción.

La figura muestra un diagrama de una configuración experimental para la observación directa de patrones LME. En un cañón de electrones, los electrones emitidos por el cátodo (que tiene un potencial -V negativo) se aceleran a una energía de eV y luego se mueven y se dispersan sobre la muestra en el espacio sin campo desde la primera rejilla del difractómetro y la muestra. están conectados a tierra. Las rejillas segunda y tercera, que tienen un potencial ligeramente menor que el potencial del cátodo (V - ΔV), sirven para cortar los electrones dispersados ​​de forma inelástica. La cuarta rejilla está conectada a tierra y protege a otras rejillas de la pantalla fluorescente, que tiene un potencial de alrededor de +5 kV. Así, los electrones dispersados ​​elásticamente sobre la superficie de la muestra son acelerados a altas energías después de pasar por las rejillas de deceleración para provocar la fluorescencia de la pantalla, en la que se observa el patrón de difracción. Como ejemplo, la figura muestra el patrón LEED de una superficie Si(111)7×7 atómicamente limpia .

El método DME permite:

1. evaluar cualitativamente la perfección estructural de la superficie: a partir de una superficie bien ordenada, se observa un patrón LEED con reflejos claros y brillantes y un nivel de fondo bajo;
2. determinar la red recíproca de la superficie a partir de la geometría del patrón de difracción;
3. evaluar la morfología de la superficie por el perfil de la reflexión de difracción;
4. determinar la estructura atómica de la superficie comparando las dependencias de la intensidad de los reflejos de difracción con la energía del electrón (curvas I–V), calculadas para modelos estructurales, con las dependencias obtenidas en el experimento.

Los métodos de difracción de electrones lentos y rápidos difieren en la energía de los electrones utilizados y, en consecuencia, en diferente geometría (en DME, el haz de electrones cae sobre la superficie en estudio casi perpendicularmente, y en RHEED en un ángulo rasante de aproximadamente 1 -5º). Ambos métodos proporcionan información similar sobre la estructura de la superficie. La ventaja del LEED es un diseño más simple, así como una información obtenida más visual y fácil de interpretar. La ventaja de RHEED radica en la posibilidad de realizar estudios directamente en el curso del crecimiento de la película en la superficie de la muestra.

Literatura

• Oura K., Lifshits V. G., Saranin A. A. et al. Introducción a la física de superficies / V. I. Sergienko .. - M . : Nauka, 2006. - 490 p.

Enlace

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Zotov Andrey Vadimovich, Saranin Alexander Alexandrovich. Difracción de electrones lentos // Diccionario de términos nanotecnológicos .