低能电子衍射Microsoft-PowerPoint-演示文稿

低能电子衍射(LEED)Low

Energy

Electron

Diffraction表面物理什么是表面物理？表面物理学是20世纪60年代以后迅速发展起来的固体物理学中的一个重要领域，主要研究固体表面的微观结构及其他物理性质。这里所谓的“表面”，是指固体表层一个或数个原子层的区域。由于表面层所处的特殊位置，使其各方面的性质与固体内部有着明显差别，表面物理学就是研究这几个原子层内原子的排列情况、电子状态，吸附在表面上的外来原子或分子，存在于表面几个原子层内的外来杂质以及相关的物理性质。表面物理学的研究手段包括实验和理论两方面。实验上主要是以粒子束或射线束入射到固体表面，收集并分析入射束与固体表面相互作用后的产物，以得到关于表面区的各方面的信息。表面物理研究内容：(1)表面成分(2)表面原子结构(3)表面电子结构(4)表面的元激发研究对象分成二类：一是清洁表面：与体相有相同组成；二是吸附表面，即表面上附着不同于体相组成的原子或分子。表面物理实验方法：名目繁多，但基本物理过程一致：入射的初级粒子与表面相互作用形成各种散射或激发，测量出射的次级粒子的某些物理量(能量，动量或质量等)，从而了解表面性质。实验研究固体表面的流行方法：低能电子衍射(LEED)；俄歇电子能谱(AES)；X射线光电子能谱(XPS)；二次离子质谱(SIMS)，等等。低能电子衍射低能电子衍射(LEED)，利用能量较低的电子束(20-500eV)进行电子衍射的技术。是将能量为5～500eV范围的单色电子入射于样品表面,通过电子与晶体相互作用,一部分电子以相干散射的形式反射到真空中，所形成的衍射束进入可移动的接收器进行测量，或者被加速至荧光屏，给出可观察的衍射图像。LEED已成为表面原子结构实验研究的标准手段。LEED在表面研究中的功用：5个研究表面结构的LEED实验分两类：一类实验所的信息是电子弹性相干散射形成的衍射图样，LEED图样。另一类实验得到I-V曲线，称为低能电子衍射谱。二维周期结构单晶表面原子排列规则可用二维点阵描述。与三维点阵的排列规则可用14种布拉菲点阵表达相似，二维点阵的排列可用5种二维布拉菲点阵表达。

单晶表面存在吸附时，表面结构周期性不再与体内的相同。两种表面结构命名法（一）伍德标记法(二)矩阵标记法二维布拉菲点阵与其倒易点阵

W(100)面吸氧前后的衍射图案及可能的吸附原子在表面的排列。W(100)-P(22)-O。W(100)面吸氢前后的LEED图及可能的原子排列。LEED运动学原理与LEED图有关的原理称为运动学原理。由于物质对电子的散射作用很强（主要来源于原子核对电子的散射作用，远强于物质对X射线的散射作用），因而电子（束）穿进物质的能力大大减弱，所以只有表面几层原子的结构决定衍射图样。低能电子衍射的厄瓦尔图解

(a)电子束正入射(b)电子束斜入射二维衍射的厄瓦尔球和倒易棒（立体图）垂直入射时荧光屏上显示的LEED图衍射斑LEED实验装置低能电子衍射仪主要由电子光学系统、记录系统、超高真空系统和控制电源组成。低能电子衍射仪示意图

1-电子枪阴极2-聚焦杯3-样品4-接收器LEED的动力学理论简介

低能电子衍射图形提供的只是有关表面周期性的信息，即元格的大小和形状，他不能给出有关原子的位置。表面层与衬底之间的距离和有关元格中原子分布的信息。例如在立方(001)面上形成C(22)结构时，表层原子相对衬底可以有四种不同的位置，而表层与衬底顶层的间距则取决于表层原子取何种位置。

LEED的动力学理论简介为了解决以上这些问题需要分析各级衍射束的强度随入射电子能量的变化。这种强度-入射电子能量(I-E)曲线称为低能电子衍射谱。在实际分析时，往往是固定入射电子束的方位角，然后测量某几级衍射束的强度随电子束能量的变化。再将这些实验数据与根据某种模型计算出来的衍射谱进行比较，调节原子的位置使二者符合得最好，即可确定表面的原子位置。这种计算相当复杂，而且结果往往取决于所选的模型和参数。LEED的动力学理论简介表面原子对低能电子的散射截面还未大到电子无法穿透表面的原子层，因此电子在一定程度上还受晶体内部三维周期性的影响。电子在衍射过程中还受到多重散射等因素的影响。Al(100)表面在正入射时各种(h1h2)衍射束的I-E曲线

LEED的动力学理论简介为精确计算LEED谱的细节，除需要从理论上计算晶体原子对低能电子的散射外，还要考虑多次散射、非弹