2.Основные методы исследования наноструктур 2.1 Дифракция электронов Идеальная

Скачать презентацию 2.Основные методы исследования наноструктур 2.1 Дифракция электронов Идеальная Скачать презентацию 2.Основные методы исследования наноструктур 2.1 Дифракция электронов Идеальная

31-difrakciya_elektronov.ppt

  • Количество слайдов: 19

>2.Основные методы исследования наноструктур 2.1 Дифракция электронов Идеальная (бездефектная) кристаллическая поверхность будет представлять собой 2.Основные методы исследования наноструктур 2.1 Дифракция электронов Идеальная (бездефектная) кристаллическая поверхность будет представлять собой периодическую структуру в виде двумерной (планарной) сетки, в каждую точку которой можно попасть с помощью вектора трансляции T= ma+nb В этом случае примитивные векторы a и b определяют поверхностную элементарную ячейку или поверхностную решетку. Основными отличительными параметрами таких примитивных ячеек являются длины векторов a и b и угол γ между ними. Существует только 17 типов различных по симметрии поверхностных структур. Для их воспроизведения с помощью различных операции симметрии достаточно всего лишь пяти различных по симметрии типов элементарных ячеек ( решеток Браве).

>Пять двумерных решеток Браве Пять двумерных решеток Браве

>Кристаллографические плоскости, образующие поверхность кристалла, характеризуются с помощью трех чисел -  индексов Миллера. Кристаллографические плоскости, образующие поверхность кристалла, характеризуются с помощью трех чисел - индексов Миллера. Индексы Миллера некоторых наиболее важных кристаллографический плоcкостей кубического кристалла: (б) – (100); (в) – (111); (г) – (???). Пусть выделенная плоскость отсекает на осях X, Y, Z отрезки x1, y1 и z1 тогда существует такое число S, которое при умножении на обратные значении этих отрезков дает ряд наименьших целых чисел, относящихся друг к другу как 1/x1, 1/y1 и 1/z1. Введем обозначения h =1/x1, k =1/y1 , l = 1/z1. Числа h , k , l называют индексами Миллера. Набор индексов (hkl) может обозначать отдельную плоскость или семейство параллельных плоскостей. Пусть x1 = a, y1 =1.25a, z1 = 1.5a. Если выбрать S = 15a. Тогда h = 15a/a = 15, k = 15a/1.25a = 12, l = 15a/1.5a = 10 и индексы Миллера обозначается как (15, 12, 10).

>Кристаллографические плоскости, образующие поверхность кристалла, характеризуются с помощью трех чисел -  индексов Миллера. Кристаллографические плоскости, образующие поверхность кристалла, характеризуются с помощью трех чисел - индексов Миллера. Индексы Миллера некоторых наиболее важных кристаллографический плоcкостей кубического кристалла: (б) – (100); (в) – (111); (г) – (110). Пусть выделенная плоскость отсекает на осях X, Y, Z отрезки x1, y1 и z1 тогда существует такое число S, которое при умножении на обратные значении этих отрезков дает ряд наименьших целых чисел, относящихся друг к другу как 1/x1, 1/y1 и 1/z1. Введем обозначения h =1/x1, k =1/y1 , l = 1/z1. Числа h , k , l называют индексами Миллера. Набор индексов (hkl) может обозначать отдельную плоскость или семейство параллельных плоскостей. Пусть x1 = a, y1 =1.25a, z1 = 1.5a. Если выбрать S = 15a. Тогда h = 15a/a = 15, k = 15a/1.25a = 12, l = 15a/1.5a = 10 и индексы Миллера обозначается как (15, 12, 10).

>Индексы Миллера (продолжение) (hkl)   - отдельная плоскость или семейство параллельных плоскостей, Индексы Миллера (продолжение) (hkl) - отдельная плоскость или семейство параллельных плоскостей, {hkl} - плоскости, эквивалентные по характеру симметрии, [hkl] - направление в кристалле (в кубических кристаллах направление [hkl] всегда перпендикулярно к плоскости (hkl) ) Расстояние между плоскостями

>a΄ = G11 a +G12 b b΄= G21 a +G22 b Описание реконструкции поверхности a΄ = G11 a +G12 b b΄= G21 a +G22 b Описание реконструкции поверхности матричным методом Анализируя детерминант G (det G) можно судить о том как связаны атомы кромки и подложки. Например, если det G целое число и все матричные компоненты – целые числа, то две ячейки связаны однозначно, причем ячейка кромки имеет ту же трансляционную симметрию, что и подложка. А если det G – иррациональное число, то две ячейки несоизмеримы. Это означает, подложка служит просто плоской гладкой поверхностью, на которой адсорбат или кромка могут образовывать собственную двумерную структуру. Такая ситуация возможна, если связь между атомами адсорбата намного сильнее связи между адсорбированными атомами и атомами подложки.

>Описание реконструкции поверхности методом Вуда  При использовании этого метода привязывания решетки кромки (адсорбата) Описание реконструкции поверхности методом Вуда При использовании этого метода привязывания решетки кромки (адсорбата) к решетке подложки задаются отношения периодов ячеек поверхности и подложек, а также угол на который нужно повернуть новую ячейку относительно подложки. В таких обозначениях если адсорбат А на поверхности (hkl) материала X образует структуру с базисными векторами |a΄| = n|a| и |b΄| = m|b| и R- углом поворота элементарной ячейки ф°, то данная поверхностная структура обозначается как X(hkl)n×m R ф°-A или X(hkl) (n×m)R ф°-A То есть (hkl) обозначает кристаллическую плоскость параллельную поверхности (подложку), а n×m показывает, что новая поверхностная структура имеет периодичность, которая в n раз превышает первоначальную периодичность в направлении a и в m раз в направлении b.

>Примеры сопоставления  обозначений Вуда с матричными обозначениями для поверхностных структур при адсорбции кислорода Примеры сопоставления обозначений Вуда с матричными обозначениями для поверхностных структур при адсорбции кислорода (а) - на поверхности Ni(110) и (б) – на поверхности Pt(100). Со(110) nхm ???

>Примеры сопоставления  обозначений Вуда с матричными обозначениями для поверхностных структур при адсорбции кислорода Примеры сопоставления обозначений Вуда с матричными обозначениями для поверхностных структур при адсорбции кислорода (а) - на поверхности Ni(110) и (б) – на поверхности Pt(100). Со(110) 1х2

>Со(110) Со(110) 1х2 Со(110) Со(110) 1х2

>Дифракция медленных электронов Длина волны электрона (λ) определяется  уравнением де Бройля: λ= h/(2mE)1/2 Дифракция медленных электронов Длина волны электрона (λ) определяется уравнением де Бройля: λ= h/(2mE)1/2 где h – постоянная Планка, m – масса электрона, Е – кинетическая энергия электрона. Если энергия измеряется в эВ, а λ в Å, то это уравнение приобретает вид: из которого следует что для наблюдения дифракции энергия падающих на образец электронов должна лежать в интервале Е = 10÷500 эВ.

>Экран S и сетки Gl, G2 и G3 представляют собой сферические секции, общий центр Экран S и сетки Gl, G2 и G3 представляют собой сферические секции, общий центр которых находится на поверхности образца в той точке, куда падает первичный пучок. Падающий пучок обычно фокусируется в пятно диаметром 0,1-1,0 мм, имеет ток не более 2 мкА и имеет энергию от 10 эВ до 1000 эВ . Схема установки для наблюдения дифракции медленных электронов (ДМЭ)

>Условия формирования дифракционной картины при упругом отражении электронов от кристаллической поверхности Условие дифракции Условия формирования дифракционной картины при упругом отражении электронов от кристаллической поверхности Условие дифракции Брэгга d=nλ=a sin θ где n целое число длин волн и может принимать значения (..-2, -1, 0, 1, 2,.. ), θ – угол отражения волны, a sin θ - проекция межатомного расстояния вдоль нового направления распространения и, следовательно, расстояние между волнами, рассеянными на соседних атомах. Двумерное периодическое расположение атомов с постоянными примитивной решетки а и b будет давать два набора дифракционных условий: naλ=a sin θa nbλ=b sin θb

>nλ=a sin θ θ = arcsin (nλ/a)  Пусть λ/a=1/3 Тогда при n=1 (1-ый nλ=a sin θ θ = arcsin (nλ/a) Пусть λ/a=1/3 Тогда при n=1 (1-ый дифракц. максимум) θ1= 19.5º Если а’=2a то при n=1 (1-ый дифракц. максимум) θ1= 9.6º, при n=2 (2-ой дифракц. максимум) θ2= 19.5º Формирование дифракционных максимумов 1 и 2 порядка для атомов, расположенных с различной периодичностью: а (а), 2а (б) и 2а(в).

>Трансформация дифракционной картины при реконструкции поверхности Если  а и b – трансляционной симметрии Трансформация дифракционной картины при реконструкции поверхности Если а и b – трансляционной симметрии двумерной решетки в реальном пространстве, то основные векторы обратной решетки (а* и b*) связаны с ними следующим образом: где А = а · b×n, (n – единичный вектор, перпендикулярный к поверхности). Расстояние между соседними точками в обратной решетке обратно пропорционально расстоянию между точками в соответствующем направлении для прямой решетки

>Расположение атомов Si в трех верхних слоях реконструированной  поверхности Si(111)7×7  (а) и Расположение атомов Si в трех верхних слоях реконструированной поверхности Si(111)7×7 (а) и соответствующая этой поверхности экспериментальная картина ДМЭ (б) Изображение поверхности Si(111)7×7, полученное с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Видны только самые верхние атомы поверхностного слоя (адатомы), обозначенные на рис.а большими черными кружками.

>Дифракция отраженных быстрых электронов (ДОБЭ).  При взаимодействии  с поверхностью кристалла электронов с Дифракция отраженных быстрых электронов (ДОБЭ). При взаимодействии с поверхностью кристалла электронов с энергией 10-100 кэВ также наблюдается дифракция при условии, если на ровную поверхность пучок быстрых электронов падает под очень малым углом скольжения α (в пределах 1÷3 градусов). ДОБЭ картина структуры Сu(110)c(2x2)-0

>Дефекты на поверхности Дислокации Вицинальная поверхность расположена в пределах угла наклона в несколько градусов Дефекты на поверхности Дислокации Вицинальная поверхность расположена в пределах угла наклона в несколько градусов к низкоиндексной поверхности. Ее можно представить состоящей из террас ближайшей низкоиндексной грани, разделенных рядами и атомарных ступенек и уступов. Другая причина появления ступенек на поверхности – это выход на поверхность краевых и винтовых дислокаций. Дислокации – это дефекты кристаллической решетки, искажающие правильное чередование атомарных (кристаллографических) плоскостей. Плотность дислокаций колеблется от 102 до103 см-2 в наиболее совершенных монокристаллах и до 1011÷1012 см-2 в кристаллах с большим числом дефектов (в среднем на поверхности находится 1015 см-2). Дислокации отличаются от других дефектов в кристаллах тем, что значительные нарушения регулярного чередования атомов сосредоточены в малой окрестности некоторой линии, пронизывающей кристалл, которая называется осью дислокации (1). Краевая дислокация – это обрыв атомной плоскости внутри кристалла. (б). Винтовая дислокация – результат сдвига на период решетки одной части кристалла относительно другой (в).

>Дефекты на поверхности (слева), соответствующие модификации стержней обратной решетки (в центре) и  их Дефекты на поверхности (слева), соответствующие модификации стержней обратной решетки (в центре) и их проявление в распределении интенсивности в 0-ом и 1-ом максимуме ДМЭ (справа). а – монотонная последовательность регулярных ступенек; б - регулярное расположение ступенек двух уровней; в - случайное расположение многоуровневых ступенек. 0 1