W metodzie dyfrakcji wysokoenergetycznych elektronów (RHEED – Reflection High Energy Electron Diffraction) w spektakularny sposób wykorzystana jest falowa natura elektronów. Skolimowana, monoergetyczna wiązka elektronów o energii kilkudziesięciu keV kierowana jest pod niewielkim kątem, zwykle około 1° do powierzchni i podlega rozproszeniu na powierzchniowych atomach. Rozproszone fale de Broglie interferują i tworzą na luminescencyjnym ekranie dyfrakcyjny obraz w postaci świecących plamek. W kształcie, symetrii i szczegółach obrazu zawarta jest informacja o strukturze krystalograficznej, morfologii powierzchni kryształu i o charakterze oddziaływania elektronów z atomami.
W najprostszej, kinematycznej teorii dyfrakcji RHEED zakłada się jednokrotny akt rozproszenia elektronów na powierzchniowych atomach kryształu. Model sprawdza się, gdy kąt padania jest niewielki, nie większy niż około 1° i wiązka elektronów nie wnika w głąb kryształu. Do określenia parametrów sieci odwrotnej powierzchni kryształu stosowana jest wówczas konstrukcja Ewalda a natężenie wiązki zwierciadlanie odbitej silnie zależy od atomowej gładkości powierzchni.
Zaawansowane teorie dyfrakcji elektronów RHEED uwzględniają fakt wielokrotnych rozproszeń fali elektronowej i są formułowane w formalizmie mechaniki kwantowej. W tym opisie zdefiniowana fala płaska padających elektronów rozpraszana jest na potencjałach atomów tworzących sieć, a jako rozwiązania poszukuje się przestrzennego rozkładu fal rozproszonych. Teoria ta, zwana dynamiczną teorią dyfrakcji, pozwala uwzględnić efekty temperaturowe (drgania sieci) i wiernie opisuje natężenia rozproszonych pod różnymi kątami wiązek dyfrakcyjnych.
Obraz RHEED powierzchni Si(111)-(6x6)Au
Literatura:
- S. Ino, Jpn. J. Appl. Phys., 16, 891 (1977).
- P. A. Maksym, J. L. Beeby, Surf. Sci. 110, 423 (1981).
- Z. Mitura, M. Stróżak, M. Jałochowski, Surf. Sci. Lett. 276, L15 (1992).
- Y.Horio, A. Ichimiya, Dynamical diffraction, effect for RHEED intensity oscillations: phase shift of oscillations for glancing angles, Surf. Sci. 298, 261 (1993).
- S. L. Dudarev, L.-M. Peng, M. J. Wheelan, On the Doyle-Turner, representation of the optical potential for RHEED calculations, Surf. Sci. 330, 86 (1995).
Więcej o RHEED
prezentacja w j. ang. - M. Jałochowski
