WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 4 02;10 Упругое рассеяние медленных электронов атомами кальция в интервал углов, зависящий от энергии столкновения © Е.Ю. Ремета, О.Б. Шпеник, Ю.Ю. Билак Институт электронной физики НАН Украины, 88000 Ужгород, Украина, E-mail: remeta@iep.uzhgorod.ua (Поступило в Редакцию 2 марта 2000 г. В окончательной редакции 17 июля 2000 г.) Кратко рассмотрено использование трохоидального и гипоциклоидального электронных спектрометров, применяющихся в современных экспериментальных методиках для исследования процесса рассеяния электронов атомами, ионами и поверхностью. Интервал углов сбора рассеянных электронов определяется режимом работы спектрометра и зависит от энергии столкновения. Для анализа структуры измеряемой энергетической зависимости S(E) использован аналитический формализм, отражающий как резонансные, так и нерезонансные особенности низкоэнергетического рассеяния. Выполненный теоретический анализ упругого рассеяния медленных (до 2 eV) электронов атомами Ca позволил интерпретировать наблюдаемую структуру 2 S(E) как проявление D-резонанса формы. Проведено сравнение теоретических значений функции S(E), полного и дифференциального сечений рассеяния.

Введение ского описания электрон-атомного рассеяния при низких энергиях является учет поляризуемости электронной Особый интерес в электрон-атомных столкновениях оболочки атома мишени, т. е. учет искажения атомнопредставляет область низких энергий, при которых осу- го потенциала под действием налетающего электрона.

ществляются резонансы. Однако при рассеянии медлен- При низких энергиях, когда открыто всего несколько ных электронов (до 5 eV) встречаются определенные каналов, достаточно корректный учет ее возможен в экспериментальные трудности. Это расхождение элек- рамках метода сильной связи каналов. Однако во многих тронного пучка под действием сил пространственного случаях даже при низких энергиях в рамках этого метода заряда, а также зависимость пропускания анализатора от или его модификаций это сделать достаточно сложно.

энергии рассеяных электронов. Частично устранить эти Вторая возможность учета поляризуемости базируется трудности позволяет использование продольного одно- на приближении оптического потенциала (см. [3,4] ссылродного магнитного поля и трохоидального электронно- ки там). Однако прямой расчет оптического потенциго спектромета (ТЭС), а почти полностью — исполь- ала такой же сложный, как и точное решение задачи зование модификации спектрометра, которая получила рассеяния. Поэтому для его определения используют название гипоциклоидального. разные приближенные методы (например, теорию возПри помощи гипоциклоидального электронного спек- мущений по межэлектронному взаимодействию) или фетрометра (ГЭС) измеряют энергетическую зависимость номенологические модели. В последние годы появилось S(E) рассеяния электронов в интервал углов, который значительное число работ по расчету электрон-атомных зависит от энергии E. Эта функция отражает особен- столкновений с помощью модельного оптического потенности, присущие экспериментальной установке, тем или циала, причем использовались как комплексные, так и иным режимам ее работы, а также информацию о самом вещественные потенциалы [3,4]. Важной частью модельпроцессе столкновения. Поэтому очень важным является ного оптического потенциала является поляризационный изучение ее аналитического вида, что позволяет отделить потенциал. Для атомов щелочно-земельных элементов динамические особенности рассеяния (связанные с фаза- его роль велика, ибо поляризуемость этих атомов отноми) от кинематических (связанных с углами). сительно большая ( 70-270 a.u.).

Впервые функция S(E) была измерена в работах [1,2] Рассеяние электронов низких энергий атомами Ca раси численно рассчитана в [2–4] для упругого рассеяния сматривается в ряде теоретических работ. Метод сильмедленных электронов на атомах Ca. Однако в [2–4] не ной связи двух и трех состояний 41S-41P-43P исполь2 r исследовались ни ее аналитический вид, ни детальное зовался в [12]. Был получен P-резонанс E1 1.76 eV.

поведение определяемое ее составными частями. Для расчета энергий Elr и ширин l 2P- и D-резонансов формы в работе [13] использовался метод самосоглаВ последнее время со спектрометрами новых типов (ТЭС и ГЭС) проводятся также эксперименты по упру- сованного поля. Для этих резонансов авторы получили r r E1 = 0.225 eV (1 = 0.162 eV) и E2 = 2.28 eV гому рассеянию электронов в заднюю полусферу углов (2 = 0.335 eV).

на ионах [5–7] и на тонких пленках [8–10] (см. также обзор [11]), поэтому анализ функции S(E) представля- В работах [14,15] в рамках приближения случайних ется весьма актуальным. Главной проблемой теоретиче- фаз с обменом вычислена энергетическая зависимость 14 Е.Ю. Ремета, О.Б. Шпеник, Ю.Ю. Билак интегрального сечения упругого рассеяния электронов Краткое описание гипоциклоидального атомами Ca в области E < 4 eV. В этих работах электронного спектрометра в сечениях получены два максимума, обусловленные p- и d-волнами (они интерпретируются как резонансы В данном разделе рассмотрим конструктивные осоr бенности ГЭС, режимы его работы и его использоваформы). Их параметры: E1 = 0.27 eV (1 = 0.14 eV) и r ние в экспериментах по рассеянию моноэнергетических E2 = 1.25 eV (2 = 0.78 eV). Однако первый максимум электронов. Трохоидальный электронный монохроматор не наблюдался в эксперименте [16]. В работе [17] в рамвпервые был разработан Стаматовичем и Шульцем [26], ках этого же приближения исследовалось упругое рассезатем использовался для исследования резонансов в яние электронов атомами Ca, Sr, Ba. Так, в [3,4] было молекулах, инертных газах, атомах металлов 2-й группоказано, что рассеяние происходит через D-резонанс r пы [16]. Установка с ТЭС была использована в [27–29], формы. Параметры резонанса: Ca — E2 = 1.44 eV а в дальнейшем была улучшена и модифицирована в (2 = 1.4eV); Sr — 0.87 eV (0.88 eV); Ba — 0.21 eV работах [1,2,30].

(0.03 eV).

В трохоидальном электронном монохроматоре для Комплексный, зависящий от энергии ОП был испольселекции электронов по скоростям используют совместзован для описания упругого и неупругого рассеяния ное действие скрещенных магнитного и электрического электронов атомами Be, Mg, Ca, Sr [18,19] при энергияx полей. В области действия этих полей электроны дрейфу0–40 eV. В низкоэнергетическом рассеянии были получеют вдоль эквипотенциальных поверхностей поперечного ны P- иD-резонансы формы. Существование P-резонанса электрического поля. Выходная диафрагма анализатора, формы в e-Ca упругом рассеянии также было предсказаотверстие в которой смещено относительно входного, но раньше [20]. Именно эти P-резонансы были иденвыделяет частицы с определенной продольной состатифицированы с низкоэнергетическими особенностями вляющей скорости, что использовалось для определеэкспериментальных сечений [16,21,22].

ния распределения электронов по энергиям. Вследствие Однако экспериментальная [23] и теоретическая [24] действия краевого поля конденсатора (в трохоидальном работы указали на существование стабильного отри- электронном монохроматоре используется конденсатор цательного иона Ca- в состоянии 4s24p2P. Позднее с плоскими пластинами) величина смещения электрона было предсказано существование стабильных отрица- на выходе из монохроматора зависит от координаты тельных ионов Sr-, Ba-, Ra- и Yb- (см. [3,4,17] влета в область дрейфа. Это приводит к ухудшению разделения, а также уменьшает коэффициент пропускания и ссылки там). Экспериментальные результаты [25] анализатора [27].

подтвердили существование отрицательных ионов Sr-, В связи с вышесказанным были сделаны попытки Ba- и Yb-. Изучение структуры этих ионов покапоиска таких конфигураций полей, которые привели бы зало важную роль поляризуемости атомной оболочки к минимальному отклонению профиля пучка от цикличе(монопольной, дипольной и квадрупольной) при захваского на выходе из области скрещенных полей. Расчеты те электрона. Эффекты поляризуемости также важны траекторий электронов показали, что такому условию при низкоэнергетическом рассеянии электронов этиудовлетворяет поле цилиндрического конденсатора из ми атомами, следствием чего является формирование 2 двух коаксиальных цилиндров, радиусы которых удовлетолько D-резонанса формы, образование которого возтворяют определенным условиям [30]. Таким образом, можно благодаря существованию отрицательных ионов необходимо использовать неоднородное электронное пов ns2np2P-состояниях [3,4].

ле цилиндрического конденсатора, ось которого паралТаким образом, наряду с традиционными теоретичелельна магнитному полю.

скими расчетами и экспериментами по рассеянию в Гипоциклоидальный электронный монохроматор по практику исследований взаимодействия медленных элексравнению с трохоидальным электронным монохроматотронов с атомами, ионами, поверхностью была введером имеет при том же выходном токе лучшее разрешена новая техника, основанная на использовании ГЭС.

ние, а использование его в качестве анализатора элекИзмеряемые в экспериментах энергетические зависитронов позволяет получить коэффициент пропускания, мости отличаются от таких привычных понятий, как близкий к 100%.

полное и дифференциальное сечения. Существенно неПо аналогии с трохоидальным ГЭС состоит из гипообходимым является теоретическое рассмотрение этих циклоидальных электронных монохроматора и анализазависимостей, вычисление и изучение их составляющих тора, разделенных камерой столкновений. Схема спек(прямых и интерференционных, резонансных и нерезотрометра приведена на рис. 1 вместе с распределением нансных), а также роли возможных неупругих процеспотенциалов на его электродах. Электроны, эмиттиросов. Поэтому целью данной работы были разработка ванные оксидным катодом K, входят в область дрейи применение аналитического формализма для анализа фа монохроматора между диафрагмами A2 и A3 через измеряемой в экспериментах по упругому рассеянию входную щель электрода A1. Поперечное электрическое медленных электронов атомами с использованием ГЭС поле в селекторе и анализаторе создается цилиндричефункции S(E). скими конденсаторами B1, B2 и B3, B4 соответственно, к Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. Упругое рассеяние медленных электронов атомами кальция в интервал углов... Спектрометр может работать в режимах: энергетической зависимости упруго или неупруго рассеяных электронов, постоянной остаточной энергии, неупруго рассеяных электронов и спектра энергетических потерь налетающих электронов. В режиме энергетической зависимости [1–4] потенциал анализатора UA относительно катода поддерживался постоянным при изменении энергии налетающих электронов Ein. Анализ светосилы анализатора, проведенный аналогично случаю порогового спектра, показывает, что максимального значения она достигает при таких энергиях превышения над порогом исследуемого процесса, когда потенциал камеры столкновений, равный Ein, близок к потенциалу анализатора UA. При увеличении энергии угловой аксептанс смещается в область меньших углов, а светосила резко падает.

Рис. 1. Схема гипоциклоидального спектрометра и распредеТок упруго рассеянных электронов в пределах углов ление потенциалов на его электродах.

1-2 выражается формулой (энергию электронов в дальнейшем будем обозначать через E) которым приложена разность потенциалов. Электроны, d ускоренные в камеру столкновений A4 до энергии Ein, ip = i0NdS(E), S(E) = d, (3) d пересекаются там с атомным пучком, а потом входят в область дрейфа анализатора между диафрагмами A5, A6.

Вспомогательный электрод A7 вместе с цилиндром Фа- где i0 — ток налетающих электронов, N — концентрация радея 1 служит для детектирования первичного пучка атомов мишени, d — пространственные размеры области электронов и уменьшения фона отраженных электронов.

столкновений, d/d — дифференциальное сечение Рассеянные электроны отклоняются в выходную щель рассеяния.

анализатора и детектируются канальным электронным Для случая точечного введения электронного пучка умножителем. Спектрометр помещен в однородное маг- в область столкновений угловой аксептанс анализатора нитное поле, созданное парой катушек Гельмгольца [30].

1-2 зависит от энергии электронов следующим обраВ области дрейфа анализатора электроны смещаются зом:

на расстояние D [29] b 1 = arcsin, 2 = arcsin. (4) E E 1/Er 2e 1/Константы и b следуют из экспериментальных услоD = L · Wr cos - (Ein - eUA), (1) B m вий (см. (1), (2)): = 0.482 eV, b = 0.508 eV [1,2], что соответствует значению UA = 0.55 V. Заметим, где Er и B — напряженности электрического и магнитного полей, L — длина анализатора, — угол рассеяния, Wr = Ein - En, En — потеря электронами энергии на возбуждение, UA — потенциал анализатора.

Отсюда в случае упругого рассеяния (Wr = Ein) угол рассеяния равен eUA - K/D2 Er 2e =arcsin, K = L. (2) Ein B m Также необходимо учесть, что если анализатор имеет выходное окно шириной D = D2 - D1, то при этом электрон пройдет на выход анализатора, если он рассеялся в пределах углов = 1(D2) - 2(D1), чем и определяются экспериментальные константы и b соответственно.

Рис. 2. Энергетическая зависимость упругого рассеяния Для исследования обратного рассеяния электронов на электронов на атомах Ca и угловой аксептанс: 1 — эксионах металлов и тонких пленках все составляющие периментальная кривая S(E); 2–6— теоретические функции ГЭС используются, как и в рассеянии на атомах. Однако Sk(E) (k = 1-5 — число учтенных парциальных волн) изменяется взаимное расположение анализатора (B3, B4) соответственно; 7,8 — угловые зависимости 2(E), 1(E) и камеры столкновений A4 [9].

соответственно.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 16 Е.Ю. Ремета, О.Б. Шпеник, Ю.Ю. Билак что в случае граничных углов рассеяния (1 = 0, Рассматривая случай вещественных парциальных фаз 2 = ) значение S(E) совпадает с полным сечением l(E) (для энергий ниже порога неупругих процессов) рассеяния (E). (5) переходит в На рис. 2 приведена экспериментальная функция S(E) S(E) =Sd(E) +Si(E) = l(E)Qll (E) (кривая 1) [1,2] упругого рассеяния электронов на атоl мах Ca и углы (2) (кривые 7,8). Ее подъем при E 0.5 eV обязан резкому изменению энергетической + (2l + 1)(2l + 1) зависимости светосилы анализатора, а спад к 2.0 eV являE l =l,l >l ется пороговой особенностью, которая вызвана наличием 4P-состояния атома Ca. Как видим, в этой области sin l sin l cos[l(E) - l (E)]Qll (E). (8) энергий угловой аксептанс анализатора изменяется от Здесь l(E) — парцильное сечение упругого рассеяния.

76.9–90 при E = 0.508 eV до 28.5–29.5 при E = 1.8eV.

Pages:     || 2 | 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.