بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
پراش الکترونهای کم انرژی
اسلاید 2 :
روشهای شناسایی نانوساختارها
آنالیز ساختاری
اسلاید 3 :
پراش الکترونهای کم انرژی
در مقایسه با اشعه ایکس که برای آنالیز نمونههای بالک مورد استفاده قرار میگیرد، الکترونهای کم انرژی برای آنالیز ساختار سطح مواد رسانا و نیم رسانا استفاده میشود.
دلیل این موضوع این است که:
مسیر آزاد میانگین برای چنین الکترونهای با انرژی پایین، کوچک است.
طول موج دوبروی الکترونλ = h/p در حد فواصل موجود در بلور است.
بنابراین وقوع پدیده پراش با استفاده از این الکترونهای کم انرژی قابل پیش بینی است.
اولین آزمایش LEED از نمونههای نیکل تک کریستالی، توسط دیویسون وگرمر در سال 1927 انجام شد.
اسلاید 4 :
پراش الکترونهای کم انرژی، به دو روش زیر مورد بررسی قرار میگیرد:
پراش الکترونهای کم انرژی
بررسی کیفی
در این روش از الگوی پراش موجود، اطلاعاتی در مورد تناوب و تقارن سطح به دست میآید.
بررسی کمی
- در این روش شدت پرتوهای پراش یافته به صورت تابعی از انرژی پرتو الکترونی فرودی ثبت میشوند.
- منحنی به دست آمده، منحنی جریان-ولتاژ نامیده میشود.
- از مقایسه این منحنی با منحنی جریان-ولتاژ حاصل از تئوری، اطلاعات دقیقی مانند موقعیتهای اتمها به دست میآید .
اسلاید 5 :
جزئیات آزمایش
دستگاه LEED از دو قسمت اصلی تشکیل شده است:
تفنگ الکترونی که الکترونهای تکفام تولید میکند.
سیستم آشکارساز که فقط الکترونهایی را که به صورت کشسان پراکنده شدهاند، آشکار میکند.
اسلاید 6 :
نحوه کار تفنگ الکترونی
در تفنگ الکترونی، الکترونهای تک انرژی توسط یک فیلمان کاتدی که در پتانسیل منفی و از مرتبهV 600-10 نسبت به نمونه قرار دارد، گسیل میشوند.
الکترونهای خروجی، شتابدار میشوند و توسط الکترودهایی که همانند لنزهای الکترونی عمل میکنند، به صورت یک پرتو با عرضی در حدود 0.5-0.1 میلیمتر متمرکز میشوند.
به همین دلیل معمولاً سطح مورد بررسی از لحاظ ابعادی باید در ابعاد پرتو تفنگ الکترونی باشد.
اسلاید 7 :
نحوه کار آشکارساز
آشکارساز شامل چهار توری فلزی با اختلاف پتانسیلهای متفاوت به همراه یک صفحه فلوئورسان است.
توری اول در پتانسیل صفر قرار دارد تا یک محوطه بدون میدان الکتریکی را در اطراف نمونه موجب شود.
ولتاژ دو توری بعدی به حدی است که از عبور تمام الکترونهایی که به صورت غیرکشسان پراکنده شدهاند، جلوگیری میکند.
در نهایت الکترونهایی که به صورت کشسان پراکنده شدهاند از توری چهارم که در پتانسیل صفر قرار دارد، عبور میکنند و به سمت صفحه فلوئورسان که در پتانسیل مثبت قرار دارد، شتاب میگیرند.
انرژی الکترونهای فرودی در محدوده بین 20 تا 200 الکترون ولت قرار دارد.
اسلاید 8 :
مبانی LEED
بر طبق دوگانگی ذره-موج دوبروی، باریکه الکترونها را میتوان بهصورت امواج الکترونی در نظر گرفت که بهطور عمودی به نمونه برخورد میکند.
این امواج توسط نواحی با چگالی بالای الکترون جایگزیده، یا همان اتمهای سطحی پراکنده خواهند شد.
بنابراین میتوان این نواحی را به صورت نقاطی که امواج را پراکنده میکند، در نظر گرفت.
طول موج الکترون بر طبق رابطه دوبروی برابر است با:
اسلاید 9 :
با توجه به رابطه آخر، طول موج برابر می شود با:
مبانی LEED
از رابطه بالا، محدوده طول موج الکترونهای فرودی در حد فواصل اتمی بهدست میآید که یک شرط لازم برای مشاهده اثرات پراش مربوط به ساختار اتمی است.
اسلاید 10 :
ساده ترین حالت ممکنی که میتوان درنظر گرفت این است که در آن یک پرتو الکترونی به زنجیری یک بعدی از اتمها با فواصل اتمی a به صورت عمود برخورد میکند.
بررسی کیفی LEED
از آنجا که اختلاف راه نوری دو پرتو خروجی مجاور برابر asinθاست، تداخل سازنده زمانی رخ خواهد داد که اختلاف راه آنها برابر مضرب صحیحی از طول موج باشد:
اسلاید 11 :
برای دو مرکز پراکننده، شدت به آرامی بین صفر و یک مقدار بیشینه تغییر میکند.
بررسی کیفی LEED
نمودار شدت بر حسب زاویه برای یک نمونه خاص یک بعدی
با تعمیم مدل یک بعدی به مدل دو بعدی میتوان گفت که بهطور کلی تمام الگوهای پراش سطحی دارای تقارنی هستند که نشان میدهد ساختار سطح نسبت به مرکز خود متقارن است.
الگوهای پراش، رابطه معکوسی هم با ریشه دوم انرژی الکترون و هم با اندازه سلول واحد دارند.
اسلاید 12 :
بررسی کیفی LEED
الگوی LEED یک سطح fcc(100)
الگوی پراش، همان تقارن مستطیلی سطح زیرلایه مورد بررسی را نشان میدهد، با این تفاوت که به دلیل وابستگی معکوس به پارامتر شبکه (sinθ~1/a)، اندکی در جهتهای مخالف کشیدهتر شده است.
این الگو نسبت به پرتو مرکزی یعنی (00) متقارن است.
این نقطه مرکزی از پرتویی حاصل شده که به طور عمود بر سطح برخورد کرده و دوباره در همین مسیر به سمت عقب پراکنده شده است.
اسلاید 13 :
بررسی کیفی LEED
تصویر تشکیل شده بر روی آشکارساز فلوئوسان
برای صفحه 110 مس
در دو انرژی 90 و 140 الکترون ولت
اسلاید 14 :
یک روش مناسب برای بررسی الگوهای پراش LEED، استفاده از مفهوم فضای وارون است.
الگوی پراش مشاهده شده، نمایشی از شبکه وارون ساختار سطح مورد بررسی است.
بررسی کیفی LEED
اسلاید 15 :
بررسی کیفی LEED
بهطور کلی شبکه وارون با بردارهای شبکه خود مشخص میشود.
اگر سطح زیرلایه مورد بررسی دارای ماده جاذب خاصی نیز باشد، بردارهای شبکه وارون بهصورت زیر است:
بردارهای شبکه مستقیم و شبکه وارون با روابط زیر به هم مربوط میشوند:
رابطه معکوسی بین a1 و a1* (همچنین بین a2 و a2*) وجود دارد:
A زاویه بین دو بردار a1 و a1*
همین حالت در مورد بردارهای شبکه وارون ماده جاذب نیز صادق است.
اسلاید 16 :
بررسی کیفی LEED
شبکه زیر لایه fcc(100) و تعیین الگوی پراش متناظر
مثال
ساختار fcc(100) و الگوی پراش متناظر (شبکه وارون) آن در نظر گرفته میشود.
اسلاید 17 :
بررسی کیفی LEED
روش تعیین بردارهای شبکه وارون از روی بردارهای شبکه مستقیم
اسلاید 18 :
ماده جاذب را با توزیع مطابق شکل، بر روی زیرلایه در نظر میگیریم.
بررسی کیفی LEED
فرایند تعیین بردارهای وارون، در مورد بردارهای شبکه مستقیم و وارون تکرار میشود.
اسلاید 19 :
در نهایت الگوی پراش در حضور ماده جاذب به شکل زیر، خواهد بود.
بررسی کیفی LEED
اسلاید 20 :
بررسی کمی LEED
این روش، اندازهگیری شدت پرتوهای پراش یافته بر حسب تابعی از انرژی نقاط روشن و نیز برازش منحنی آن با منحنی حاصل از مدلسازی رایانهای سطح مورد نظر، را شامل میشود.
اگر برازش مناسبی حاصل نشد، ساختار مدل را تغییر میدهند تا نهایتاً برازش مناسبی حاصل شود.
مراحل مدلسازی منحنیI-V به صورت زیر است:
ساختاری، مجسم میشود. برای مثال میتوان اتمهای پراکننده را به صورت کرههای مجزا در نظر گرفت.
پتانسیل برهمکنش الکترون-اتم تعیین میگردد.
