第6讲节低能电子衍射.pdf

CONFIDENTIAL 第六章 低能电子衍射 第六章 低能电子衍射 Low Energy Electron Diffraction( LEED) Low Energy Electron Diffraction( LEED) 什么是低能电子衍射？ 什么是低能电子衍射？ 低能电子衍射（LEED ）的原理与X-射线衍射相似，不同的是X射线 穿入固体的深度较深，一般在微米量级，因此所求的结构是穿入深度内 的平均值，属于体内结构。电子也具有波动性，低能电子（10-500eV)的 波长和晶格常数接近，当它与晶体相互作用时也发生衍射，但是相互作 用很强，散射自由程只有2-5个原子层，因此从LEED得到信息的是晶体 的表面结构，是研究单晶表面层原子排列的一种有效方法。 一、 发展历史 二、 方法原理 三、 仪器描述 四、 应用示例 一、发展历史 一、发展历史 早在1921年，C. J. Davisson 和C.H.Kunsman 研究电子束在镍单晶表面的 散射现象时，就发现电子的散射不是各向同性的，但当时他们并未意识到 这是电子的衍射。 1924年，德布罗意（de Broglie ）提出粒子波动说的假设，预言了电子也 有波动性。 λ h / p h / mv 150.4 o 1 2 λ A mv eV V 2 1925年C. J. Davisson 和L. H. Germer证实了电子的衍射现象。 Davisson 的电子衍射实验装置原理图 Davisson 的电子衍射实验装置原理图 Davisson所用的电子衍射管 Davisson 和Germer Davisson所用的电子衍射管 Davisson 和Germer 三十年代，Farnsworth等人继续做这方面的研究，并且明确低能电子由 于能量低，穿透深度浅，适合研究表面效应。 五十年代，人们认识到获得清洁表面对观察低能电子衍射图象的重要 性，用LEED研究了Ti, Ge, Si, Ni, SiC等的表面原子排列，并开始研究气体 在单晶表面的吸附现象。 1962年，Lander等人设计出一个带有球形栅网和荧光屏的显示装置， 这就现在使用的LEED仪的雏形。 从七十年代开始，随着超高真空技术的成熟以及计算机的发展，实验 装置也更为完善，商品化的LEED仪器开始出现。 二、方法原理 1、LEED衍射条件 2、LEED成象－衍射图谱形成 3、LEED斑点强度分布研究 4、低能电子衍射谱－研究原子位置 1、LEED衍射条件 1、LEED衍射条件 d d 设入射电子束是一个无限平面波，可用下述方程表达： A A0 exp[iK 0 =•r ] （6－1） 式中：A －入射电子波振幅；K －入射电子波波矢；r －相对于某一原点的 0 0 位矢。 如果入射到晶体表面的电子束和晶体作用很弱时，可以忽略电子波传 播过程中由于多次散射而产生的衰减，即假设只有单散射过程，那么从任 意体积内散射回来的散射波幅度应为 A A f (2θ,E ) ρ e iS •rdr （6－2 ） (S ) 0 ∫v (