Дифракция - медленный электрон
Cтраница 1
Дифракция медленных электронов от поверхности кристалла дает прямой метод изучения кристаллической поверхности совершенно чистой или с незначительным количеством примесей. [1]
Дифракция медленных электронов ( ДМЭ) ( см. разд. Моноэнергетические электроны ( 1 - 500 эВ) падают ( обычно нормально) на поверхность; дифракция упруго рассеянных электронов проявляется в виде пятен на фосфоресцирующем экране. [2]
Дифракция медленных электронов от поверхности кристалла дает прямой метод изучения кристаллической поверхности совершенно чистой или с незначительным количеством примесей. [3]
Метод дифракции медленных электронов ( ДМЭ) позволяет изучать строения одного или двух верхних слоев кристаллической решетки, поскольку электроны с низкими энергиями не способны проникнуть на большую глубину в объем твердого тела. Чаще всего ДМЭ используют для получения данных о реконструкции поверхности и о наличии ступенек на ней, о структуре адсорбционных слоев, расстояниях между адсорбированными частицами, а также о степени чистоты поверхности. [4]
Метод дифракции медленных электронов ( ДМЭ) в основном применяют для изучения структуры поверхности. Однако определить струк - Tvpy поверхности не всегда легко, даже если известно, какая кристаллографическая плоскость образует исследуемую грань кристалла. Дело в том, что картина ДМЭ не просто повторяет картину структуры поверхности. [5]
Применение дифракции медленных электронов для исследования поверхностного слоя кристаллов, а также адсорбционных слоев имеет существенное преимущество перед рентгеновским анализом. Действительно, даже самые мягкие рентгеновы лучи, имеющиеся в нашем распоряжении, все же проникают на глубину от 10 до 100 атомов и поэтому не могут дать никаких сведений относительно структуры и ориентации наружных слоев металлической поверхности, а также окклюдированного газа. [6]
При использовании дифракции медленных электронов, к-рые вследствие малости энергии проникают лишь в самые верх, слои кристалла, получают сведения о структуре двумерной решетки как атомов самого кристалла у его поверхности, так и адсорбированных кристаллом атомов газов. При дифракции медленных электронов могут также происходить оже-эффект и др. явления, возникающие вследствие сильного взаимодействия медленных электронов с атомами. Применение этого метода целесообразно в сочетании с масс-спектроскопией и оже-спектраскопией. [7]
 |
Схема экспериментальной установки. [8] |
Хотя применимость метода дифракции медленных электронов к изучению поверхностных реакций была признана еще со времен открытия самой электронной дифракции, но вплоть до последнего времени исследователи, за исключением автора, прилагали мало усилий в этом направлении. [9]
Заканчивая обсуждение метода дифракции медленных электронов, уместно подчеркнуть еще одно и наиболее неожиданное следствие, вытекающее из применения этого метода: с помощью этого метода было экспериментально показано, что заполнение поверхности ( например, при хемосорбции водорода на грани 110 никеля) с повышением давления может происходить скачкообразно. Ландер 1456 ] указал на необходимость анализировать изотермы адсорбции с помощью адсорбционного уравнения Фаулера и Гуггенгейма [469], выведенного ими главным образом в чисто академических целях, но позволяющего в отличие от уравнений Ленгмюра, Фрейдлиха, Темкина и др. предсказывать возможность скачков при заполнении поверхности. [10]
Возможность применения метода дифракции медленных электронов ( ДМЭ) для изучения поверхностных явлений связана с малой проникающей способностью электронов при энергиях от нескольких электронвольт до сотен электронвольт и с тем фактом, что длина электронной волны ( 150 / В) 1 / 2 оказалась подходящей для дифракции на кристаллических решетках твердых веществ. Показано, что для электронов с энергиями не выше 250 - 300 эВ заметный вклад в образование дифракционной картины вносят только два или три верхних слоя атомов поверхности, причем основной вклад приходится на первый монослой. Из-за малой проникающей способности электронов дифракционная картина по многим характеристикам больше похожа на картину дифракции света от двумерной решетки, чем на дифракцию рентгеновских лучей от трехмерной решетки кристаллов. Чтобы оценить эти различия, целесообразно сравнить дифракционные картины рентгеновских лучей и ДМЭ. Для получения лауэграмм используют узкий пучок белого рентгеновского излучения, перпендикулярно падающий на монокристалл. От непрозрачного кристалла и рентгеновские лучи и медленные электроны отражаются и появляются с той же стороны кристалла, откуда падает исходный пучок. Серии брэгговских отражений от разных рядов плоскостей в кристалле образуют дифракционную картину. Эти отражения можно получить в виде маленьких точек на фотопленке, помещенной на расстоянии нескольких сантиметров от кристалла перпендикулярно падающему лучу. Каждая точка соответствует брэгговскому отражению от одного ряда атомных плоскостей при одной длине волны. [11]
Хотя по картине дифракции медленных электронов можно определить двумерную элементарную ячейку на поверхности, без интерпретации кривой распределения интенсивности обычно, кроме некоторых простых случаев, не удается однозначно установить расположение и тип атомов, входящих в ячейку. Тем не менее измерение кривой распределения чрезвычайно полезно для идентификации данного вещества и для определения изменений структуры поверхности. [12]
Микроскоп, использующий дифракцию медленных электронов на поверхности, был изобретен Бауэром ( 1962) и оказался весьма мощным для получения детальной информации о процессах, происходящих на поверхности монокристалла под действием нагревания и / или осаждения на нее различных атомов. На рис. 3.21 показана схема устройства этого микроскопа. Сфокусированный пучок направляется в специальную линзу ( катодную линзу), расположенную непосредственно перед исследуемой поверхностью. Далее пучок может дифрагировать на поверхности монокристалла, порождая ряд рассеянных лучей, как это имеет место в ДМЭ. Дифрагированные электроны проходят обратно сквозь катодную линзу, ускоряются в ней снова до 20кэВ и отклоняются в магнитном секторе в сторону экрана. Если магнитная пропускающая линза сфокусирована на заднюю фокальную плоскость катодной линзы, то может быть сформировано изображение ДМЭ-кар-тины на передней поверхности микроканальной пластины, служащей детектором. Есть и другой вариант эксперимента: апертуру ( отверстие) на задней фокальной плоскости катодной линзы можно расположить так, чтобы через передаточную линзу проходил только один дифрагированный луч. [13]
Фарнсворт в экспериментах по дифракции медленных электронов применил ионное распыление для получения атомарно-чистых поверхностей. Как правило, исследуемая поверхность бомбардировалась ионами аргона с энергией меньше 500 эВ, и для получения поверхности высокой чистоты необходимо было удалить внедренные ионы инертного газа и отжечь радиационные дефекты. [14]
С одной стороны, дифракция медленных электронов ( разд. Прежде всего следует отметить, что с помощью указанных методов было установлено, что по крайней мере для никеля адсорбция некоторых газов на плоскостях 110 приводит к значительной перегруппировке его атомов. Известно также, что поверхностные атомы некоторых металлов, таких, как медь, претерпевают очень существенные перегруппировки в ходе каталитической реакции. Более того, точные измерения межатомных расстояний между наружным и следующим под ним слоями атомов никеля на чистой поверхности никеля позволили обнаружитьv что они увеличиваются примерно на 5 % по сравнению с расстояниями в объемной фазе. Все эти факты показывают, что если действительно имеется ( см. рис. 3) зависимость между каталитической активностью ряда металлов и постоянными их решеток ( измеренными в объемной фазе методом дифракции рентгеновских лучей), то это может быть лишь удачным совпадением, так как действительные значения межатомных расстояний поверхностных атомов, активно проявляющих себя в катализе, могут значительно отличаться от межатомных расстояний в массивном образце. [15]
Страницы: 1 2 3 4