1tom - 0620.htm
657
Для изучения рассеяния атомных иди молекулярных потоков (рис. 1) монокристаллич. (или газовую) мишень (Л, играющую роль дифракц. реш╦тки, помещают в камеру (2), в к-рой поддерживается высокий вакуум (вакуум необходим для устранения паразитного рассеяния на остаточном газе и его адсорбции на поверхности монокристалла). На мишень направляют узкий молекулярный пучок (3). Распределение интенсивности рассеянных пучков в пространстве измеряют с помощью
i i
рис. 1. Схема экспериментальной усга-ловки для наблюдения дифракции атомов и молекул: 1 ≈ м оно к ри ста лл ичес ка л (или газовая) мишень; 2 ≈ камера рассеяния; 3 ≈ падающий сверхзвуковой молекулярный пучок; 4 ≈ камера формирования молекулярного пучка; -5 ≈ направления откачки; 6 ≈ детектор, объединенный с анализатором скоростей частиц; 0-, #, ≈ углы соответственно падения и рассеяния; 7 ≈ сверхзвуковое сопло; S ≈ коническая щель,
детектора (в}. Для создания условий Д. а. и м. (см, Брэгга ≈ Вулъфа условие) изменяют взаимную ориентацию молекулярного пучка, мишени и детектора. Упругие и неупругие составляющие в рассеянных потоках регистрируются, напр., с помощью времяпрол╦т-ного анализатора распределения частиц по скоростям.
Особенности Д. а. и м. в сравнении с дифракцией др. волновых объектов (электронов, нейтронов, фотонов и т. д.) связаны с наличием собств. линейного размера дифрагирующих частиц ~1 А., сих малой кинетич. энергией, существованием внутр. электронных (а для молекул ещ╦ и колебательных и вращательных) степеней свободы, возможностью пространственной ориентации молекулы относительно дифракц. реш╦тки, спе-цифич. особенностей потенциала взаимодействия.
Д. а. и м., как и др. виды дифракции, используют для структурных исследований. Наличие большого собств. размера (сечение рассеяния для атомов Не или Н больше, чем сечение нейтрона, примерно в 1010 раз) обеспечивает малую проникающую способность частиц, что позволяет исследовать поверхностные структуры, двумерные фазовые переходы, параметры динамики поверхностной части кристаллич. реш╦тки (Дебая ≈ Уоллера фактор, дисперсию фононов), явления адсорбции и катализа. Малая кинетич. энергия частиц недостаточна для инициирования поверхностных хим. реакций, часто возникающих под действием электронов с энергиями в 20≈200 эВ.
При Д. а. и м. взаимодействуют внеш. электронные оболочки частиц пучка и мишени. Т. к. при объединении атомов в молекулы и кристаллы внеш. оболочки испытывают наиб, деформации, Д. а. и м. пользуются при изучении этих деформаций. В то же время при определении структурных амплитуд в др. типах структурного анализа (см. Рентгеновский структурный анализ, Нейт.ропография, Электронография.} используют атомные факторы., рассчитываемые математически или получаемые экспериментально, к-рые при рассмотрении явлений Д. а. и м. применить нельзя, т. к. они в этом случае оказываются разными для разл. хим. соединений. Интерпретация дифракц. исследований часто проводится с помощью модели ж╦сткой гофриров. поверхности, характеризуемой амплитудой гофра Л.
Угловая локализация дифракционных (т. е, связанных с упругим рассеянием) максимумов определяется условием Вульфа ≈ Брэгга (или условием Лауэ). Для получения соответствующих интенсивностей необходимо решать дифферонц. (Шр╦дингера) или интегр. (Липмана ≈ Швингера) ур-пия дифракц. задачи. Рассчитывать интенсивности дифракц. максимумов необходимо, напр., для нахождения распределения электронной плотности по
поверхности кристалла пут╦м сопоставления вычисленных и экспериментально найденных интенсивностей.
При решении с помощью Д. а. и м. структурных задач возникают те же проблемы (напр., многократности рассеяния, фазовая проблема), что и в др. дифракц. структурных методах, используются в осн. те же при╦мы решения (метод последоват. приближения, метод ф-ций Паттерсона и т.п.). Особенности Д. а. и м. потребовали разработки и новых при╦мов. Так, температурный фактор Дебая ≈ Уоллера приходится вычислять с уч╦том рождения или гибели фонона, достаточно большого времени пребывания частиц в зоне действия потенциала, размеров рассеиваемых частиц при рассмотрении е╦ взаимодействия одновременно с неск. атомами реш╦тки (вследствие дальнодействия потенциала).
Для Д. а. и м. закон сохранения энергии с уч╦том ыеупругмх взаимодействий имеет вид
± Ф ± В, (1)
где kf и fcf ≈ импульсы рассеянной и падающей молекулы соответственно; Ф ≈ энергия рождения или гибели фононов, В ≈ изменение энергии внутр. степеней свободы молекулы (при Д. а. и м. на поверхности в осн. изменяется вращат. энергия). Закон сохранения импульса при этом выражается ур-ниеи
fc/=^ + G+Q + .p, (2)
где Q и Р ≈ соответственно векторы, связанные с рождениями и гибелью фононов и изменением внутр. (вращат.) энергии молекулы, G ≈ вектор обратной реш╦тки. Экспериментально установлено, что из двух возможных каналов изменения вращат. энергии молекулы ≈ за сч╦т е╦ собств. поступат. энергии и за сч╦т взаимодействия с фононами кристаллич. поверхности ≈ сечение первого из них оказывается больше,
Для упрощения изучения динамики и структуры ре-ш╦тки целесообразно использовать потоки «бесструктурных» частиц, напр, атомов Но. В одиофоионном приближении выражения (1) и (2) приобретают вид
X
ас
(Я)
(4)
2тщ
Т"' */=**+∙ G+Q
(о) ≈ частота фонона). Ф-лы (3) и (4} отражают переход поступат. энергии молекулы в кояебат. энергию кристаллич. реш╦тки.
В соответствии с флуктуац. теорией эл.-магн. взаимодействия далыюдействующая притягивающая (дисперсионная) часть потенциала V (z) удовлетворительно описывается ф-лой
-з
(2 ≈ координата, нормальная к поверхности кристалла). Константы С, полученные с помощью дифракц. экспериментов, хорошо соответствуют результатам вычислений (когда они возможны), использующих зависимость поляризуемости и диэлектрич* проницаемости от комплексной частоты.
При перекрытии электронных оболочек подлетающей частицы и частиц поверхности тв╦рдого тела происходит их отталкивание друг от друга, прич╦м крутизна потенциальной кривой в области отталкивания зависит от координаты в плоскости реш╦тки и определяется периодически изменяющейся электронной плотностью поверхности, к-рая является, т. о., дифракц. реш╦ткой для частиц пучка. Микроскопич. теория этой части взаимодействия ещ╦ мало разработана. Ч╦ткость картин дифракции на щ╦лочно-галоидных кристаллах объясняется различием радиусов анионов и катионов в них. При Д. а. и м. на плотноупакованных гранях металлов с малыми миллеровскими индексами ч╦тких максимумов нет, т. к. электронная плотность поверхности в этом случае нивелирована коллективи-зированными электронами; поэтому для наблюдения
в
")
}
