Методические указания к лабораторному практикуму для студентов специализации "Физика металлов". Попова И.А - 10 стр.

UptoLike

10
1) малые длины волн электронных лучей, 2) сильное
рассеяние электронов атомами решетки . Порядок их величины
оценивается зависимостью между длиной волны λ
эл
и импульсом
электрона p, известной из квантовой механики :
λ
эл
=
p
h
. (1)
Импульс электрона связан со скоростью его движения, а последняя
определяется ускоряющим напряжением в электронографе . На основании
этого можно найти зависимость длины волны электрона от ускоряющего
напряжения U :
λ
эл
=
meU
h
2
. (2)
С учетом релятивистского изменения массы электрона в результате
изменения скорости получим:
λ
эл
=
U
7
1076,91
1
⋅+
=
o
Α
U
225,12
, (3)
где U выражено в вольтах. Длины волн электронов при обычно при-
меняемых в электронографии напряжениях 20 - 100 кВ лежат в пределах
0,08 - 0,03
o
Α
, что в 20-30 раз меньше длин волн , используемых в
рентгенографии.
Сильное рассеяние электронов в веществе приводит к тому, что
методами электронографии можно исследовать тонкие пленки вещества
порядка 50-1000
o
Α
, тонкие поверхностные слои, процессы
эпитаксиального роста и т. п . явления, которые недоступны
рентгеноструктурным исследованиям.
Рассмотрим дифракцию электронов в образце , который содержит
множество беспорядочно ориентированных кристалликов. Отсутствие
преимущественной ориентации кристалликов или , другими словами, от-
сутствие текстуры приводит к тому, что любая атомная плоскость,
например (
111
lkh ), может находиться в самом различном положении по
отношению к первичному пучку. Пусть в некотором кристаллике образца
плоскость (
111
lkh ) располагается по отношению к электронному лучу под
углом
1
Θ
, удовлетворяющим условию Вульфа -Брегга :
элlkh
d
λ
=
Θ
1
sin2
111
(4)
Тогда появится отраженный луч S
r
, составляющий с направлением
первичного пучка
0
S
r
угол 2
1
Θ
, (рис. 1). Этот луч лежит в одной
плоскости с вектором
0
S
r
и нормалью к (
111
lkh
). В числе других
кристалликов найдутся такие , у которых плоскость (
111
lkh
) повернута
вокруг луча , но составляет с ним по - прежнему угол
1
Θ
. В итоге вся
совокупность отраженных от плоскости (
111
lkh
) лучей пойдет по конусу и
даст на экране или фотопластинке интерференционное кольцо
111
lkh
( рис.5).
                                                    10
       1)      ма лые      дли ны      во лн эле ктр о нных луче й, 2) си льно е
р а ссе яни е эле ктр о но в а то ма ми р е ш е тки . П о р ядо к и х ве ли чи ны
о це ни ва е тся за ви си мо стью ме ж ду дли но й во лны      λэл и и мпульсо м
эле ктр о на p, и зве стно й и з ква нто во й ме х а ни ки :
                                    h
                            λэл= .                                         (1)
                                    p
       И мпульс эле ктр о на связа н со ско р о стью е го дви ж е ни я, а по сле дняя
о пр е де ляе тся уско р яю щ и м на пр яж е ни е м в эле ктр о но гр а фе . На о сно ва ни и
это го мо ж но на йти за ви си мо стьдли ныво лныэле ктр о на о туско р яю щ е го
на пр яж е ни я U :
                                        h
                            λэл =               .                           (2)
                                     2meU
      С уче то м р е ляти ви стско го и зме не ни я ма ссыэле ктр о на в р е зульта те
и зме не ни я ско р о сти по лучи м:
                                            1                12,225   o
                            λэл=                         =            Α,    (3)
                                    1 + 9,76 ⋅ 10 −7 U         U
     где U выр а ж е но в во льта х . Дли ны во лн эле ктр о но в пр и о б ычно пр и -
ме няе мых в эле ктр о но гр а фи и на пр яж е ни ях 20 - 100 кВ ле ж а тв пр е де ла х
                o
0,08 - 0,03 Α , что в 20-30 р а з ме ньш е дли н во лн, и спо льзуе мых в
р е нтге но гр а фи и .
      Си льно е р а ссе яни е эле ктр о но в в ве щ е стве пр и во ди т к то му, что
ме то да ми эле ктр о но гр а фи и мо ж но и ссле до ва ть то нки е пле нки ве щ е ства
                        o
по р ядка 50-1000 Α                 , то нки е     по ве р х но стные   сло и , пр о це ссы
эпи та кси а льно го       р о ста      и   т.п. явле ни я, ко то р ые         не до ступны
р е нтге но стр уктур ным и ссле до ва ни ям.
      Ра ссмо тр и м ди фр а кци ю эле ктр о но в в о б р а зце , ко то р ый со де р ж и т
мно ж е ство б е спо р ядо чно о р и е нти р о ва нных кр и ста лли ко в. Отсутстви е
пр е и мущ е стве нно й о р и е нта ци и кр и ста лли ко в и ли , др уги ми сло ва ми , о т-
сутстви е те кстур ы пр и во ди т к то му, что лю б а я а то мна я пло ско сть,
на пр и ме р ( h1 k1l1 ), мо ж е т на х о ди ться в са мо м р а зли чно м по ло ж е ни и по
о тно ш е ни ю к пе р ви чно му пучку. П усть в не ко то р о м кр и ста лли ке о б р а зца
пло ско сть ( h1 k1l1 ) р а спо ла га е тся по о тно ш е ни ю к эле ктр о нно му лучу по д
угло м Θ1 , удо вле тво р яю щ и м усло ви ю В ульфа -Бр е гга :
                             2d h1k1l1 sin Θ1 = λ эл                       (4)
                                                 r
      Т о гда по яви тсяr о тр а ж е нный луч S , со ста вляю щ и й с на пр а вле ни е м
пе р ви чно го пучка S 0        уго л 2 Θ1 , (р и с. 1). Э то т луч ле ж и т в о дно й
                                  r
пло ско сти с ве кто р о м S 0           и но р ма лью к ( h1 k1l1 ). В чи сле др уги х
кр и ста лли ко в на йдутся та ки е , у ко то р ых пло ско сть ( h1 k1l1 ) по ве р нута
во кр уг луча , но со ста вляе т с ни м по -пр е ж не му уго л Θ1 . В и то ге вся
со во купно сть о тр а ж е нных о т пло ско сти ( h1 k1l1 ) луче й по йде т по ко нусу и
да стна экр а не и ли фо то пла сти нке и нте р фе р е нци о нно е ко льцо h1 k1l1 (р и с.5).