Презентация Метод резерфордовского обратного рассеяния (РОР) . Форма спектра обратнорассеянных ионов

Смотреть слайды в полном размере
Презентация Метод резерфордовского обратного рассеяния (РОР) . Форма спектра обратнорассеянных ионов


Вашему вниманию предлагается презентация «Метод резерфордовского обратного рассеяния (РОР) . Форма спектра обратнорассеянных ионов», с которой можно предварительно ознакомиться, просмотреть текст и слайды к ней, а так же, в случае, если она вам подходит - скачать файл для редактирования или печати.

Презентация содержит 15 слайдов и доступна для скачивания в формате ppt. Размер скачиваемого файла: 128.00 KB

Просмотреть и скачать

Pic.1
Лекция 29 Слайд 1 Темы лекции Метод резерфордовского обратного рассеяния (РОР) . Форма спектра обрат
Лекция 29 Слайд 1 Темы лекции Метод резерфордовского обратного рассеяния (РОР) . Форма спектра обратнорассеянных ионов . Аппаратура, необходимая для реализации метода РОР .
Pic.2
Лекция 29 Слайд 2 В основе метода лежит модель одного отклонения – упругое рассеяние иона M1, Z1 с н
Лекция 29 Слайд 2 В основе метода лежит модель одного отклонения – упругое рассеяние иона M1, Z1 с начальной энергией Е0 на угол  > 90о на атоме M2, Z2, расположенном на глубине t от поверхности образца. Так как угол рассеяния больше 90о, то масса ионов анализирующего пучка, должна быть меньше массы атомов образца, поэтому в данном методе используются ионы гелия (ионы водорода не используются, так как в отраженном пучке присутствуют также и молекулярные ионы Н2+, что затрудняет интерпретацию экспериментальных данных). Первая работа, посвященная анализу образца с помощью обратнорассеянных ионов, появилась в 1968 г.
Pic.3
Лекция 29 Слайд 3 Схема рассеяния угол падения иона на образец 0 отсчитывается от нормали к поверхн
Лекция 29 Слайд 3 Схема рассеяния угол падения иона на образец 0 отсчитывается от нормали к поверхности образца; т. 1 – точка входа иона в образец; в т. 2 расположен атом M2, Z2, на котором происходит упругое рассеяние; т. 3 – точка выхода иона из образца;  - угол выхода иона из образца.
Pic.4
Лекция 29 Слайд 4 Предполагается На участке 1-2 длиной t/cos0 ион движется прямолинейно, т. е. отсу
Лекция 29 Слайд 4 Предполагается На участке 1-2 длиной t/cos0 ион движется прямолинейно, т. е. отсутствуют ядерные взаимодействия и торможение иона чисто электронное, потеря энергии иона на этом участке Евх. Перед упругим рассеянием в точке 2 энергия иона Е* = Е0 – Евх. После упругого рассеяния энергия иона E' = kE*, где k – кинематический множитель. На участке 2-3 длиной t/cos(– ) = t/|cos| ион также движется прямолинейно (чисто электронное торможение) и выходит из образца с энергией E = E' – Евых = kE* – Евых = kЕ0 – kЕвх – Евых под углом  к поверхности.
Pic.5
Лекция 29 Слайд 5 Значения Евх и Евых определяются следующими выражениями Если геометрия рассеяния
Лекция 29 Слайд 5 Значения Евх и Евых определяются следующими выражениями Если геометрия рассеяния задана (угол падения 0 и угол вылета в направлении детектора ионов ), тогда угол рассеяния в упругом взаимодействии в точке 2 есть  =  – 0 и для известных M1 и M2 можно вычислить кинематический фактор k. Максимальная энергия, которую могут иметь обратнорассеянные ионы, равна kE0, в случае если упругое рассеяние произошло на атомах первого монослоя. В этом случае Евх и Евых = 0.
Pic.6
Лекция 29 Слайд 6 Траектория каждого иона индивидуальна и в рамках используемой модели расстояние то
Лекция 29 Слайд 6 Траектория каждого иона индивидуальна и в рамках используемой модели расстояние точки 2 от поверхности образца произвольно, поэтому при фиксированном положении детектора угол рассеяния  для разных ионов будет различным. Но так как, расстояние от образца до детектора (~ см) много больше глубины, на которой произошло рассеяния (~ мкм), то изменением  ~ 10-4 рад можно пренебречь. Таким образом, энергия иона на выходе из образца Е = Е(t, k), где k – известный параметр. Так как предполагается, что кроме единственного ядерного взаимодействия в точке 2 вдоль всей траектории иона в образце он взаимодействует только с электронами, то, следовательно, потенциал взаимодействия с ядром – кулоновский, поскольку именно для такого потенциала, как было показано, преобладающими являются электронные потери.
Pic.7
Лекция 29 Слайд 7 Сечение упругого рассеяния есть Резерфордовское сечение рассеяния, которое в л. с.
Лекция 29 Слайд 7 Сечение упругого рассеяния есть Резерфордовское сечение рассеяния, которое в л. с. к. для M1  M2, т. е.   1 имеет вид Для того чтобы потенциал взаимодействия иона гелия с ядром был кулоновский, необходимо, чтобы энергия иона была ~ МэВ.
Pic.8
Лекция 29 Слайд 8 Зависимость Se(E) для ионов гелия в различных образцах (черная линия – углерод, кр
Лекция 29 Слайд 8 Зависимость Se(E) для ионов гелия в различных образцах (черная линия – углерод, красная – медь, синяя – ниобий) в диапазоне энергий 0,8-1,5 МэВ электронная тормозная способность и, соответственно, удельные потери энергии практически не зависят от энергии иона.
Pic.9
Лекция 29 Слайд 9 Данное обстоятельство часто используют для упрощения вычисления Евх и Евых, прин
Лекция 29 Слайд 9 Данное обстоятельство часто используют для упрощения вычисления Евх и Евых, принимая Это - т. н. приближение "энергии на поверхности".
Pic.10
Лекция 29 Слайд 10 Энергетический спектр обратнорассеянных ионов в модели одного отклонения За время
Лекция 29 Слайд 10 Энергетический спектр обратнорассеянных ионов в модели одного отклонения За время измерения спектра энергоанализатором с входной апертурой Д на образец с n0 попало N0+ ионов. В тонком слое dt, расположенном в образце на глубине t, упруго рассеялись dN ионов, имеющих при выходе из образца энергию E(t). Перед упругим рассеянием данные ионы имели энергию Е*. Детектор, расположенный за энергоанализатором, зарегистрирует dNД ионов, упруго рассеянных в слое dt на глубине t
Pic.11
Лекция 29 Слайд 11 где f(, ) – не содержащие энергию второй и третий сомножители Для того чтобы ис
Лекция 29 Слайд 11 где f(, ) – не содержащие энергию второй и третий сомножители Для того чтобы исключить из рассмотрения Е*, которая не является измеряемой величиной, запишем Евх = Е0 – Е* и Евых = kЕ0 – E(t). Справедливо следующее соотношение где введены обозначения
Pic.12
Лекция 29 Слайд 12 Можно представить dE = dl = dt/|cos| и, соответственно, dt = (|cos|/)dE. Под
Лекция 29 Слайд 12 Можно представить dE = dl = dt/|cos| и, соответственно, dt = (|cos|/)dE. Подставив это значение и выражение для Е* в формулу для энергетического спектра обратнорассеянных ионов, измеряемого энергоанализатором с угловой апертурой Д , получим Полученный в рамках модели одного отклонения энергетический спектр хорошо согласуется с многочисленными экспериментами. Данное выражение является основой для элементного анализа методом Резерфордовского обратного рассеяния (РОР). В зарубежной литературе RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry).
Pic.13
Лекция 29 Слайд 13 Для реализации метода РОР необходим ускоритель ионов с энергией до нескольких МэВ
Лекция 29 Слайд 13 Для реализации метода РОР необходим ускоритель ионов с энергией до нескольких МэВ. В качестве подобных ускорителей используют или линейные ускорители ионов, ускоряющий высоковольтный потенциал (несколько МВ) на ионном источнике которых обычно получают с помощью т. н. генератора Ван-де-Граафа с последующим выделением ионов Не+ с помощью сепарирующего электромагнита, или циклотроны низких энергий (для современных циклотронов несколько МэВ это низкие энергии). Подобные установки в отличие от установок, описанных в предыдущих лекциях, являются достаточно громоздкими и сложными в обслуживании. Кроме того, для их размещения требуются специальные помещения. Ввиду их большой стоимости, они обычно эксплуатируются в непрерывном режиме и измерения методом РОР являются только частью их работы.
Pic.14
Лекция 29 Слайд 14 Если ионный пучок с необходимой энергией имеется, то для реализации метода РОР тр
Лекция 29 Слайд 14 Если ионный пучок с необходимой энергией имеется, то для реализации метода РОР требуется лишь энергоанализатор с соответствующей электронной аппаратурой для измерения энергетического спектра обратнорассеянных ионов. Обычно такой энергоанализатор вместе с исследуемыми образцами устанавливается в отдельной вакуумной камере, в которую выводится ионный пучок. В качестве энергоанализатора в методе РОР используют поверхностно-барьерные детекторы (ПБД)
Pic.15
Лекция 29 Слайд 15 Аппаратная функция ПБД имеет вид где А = 1020 кэВ. С учетом аппаратной функции
Лекция 29 Слайд 15 Аппаратная функция ПБД имеет вид где А = 1020 кэВ. С учетом аппаратной функции связь между истинным спектром и измеряемым с помощью ПБД имеет вид Вдали от точки Е = kЕ0 энергетические спектры dN/dE и dNД/dE совпадают, так как при kЕ0 – Е >> А функция erfc[(Е – kЕ0)/A)]  2. В точке Е = kЕ0 величина dNД/dE в два раза меньше dN/dE, а при Е > kЕ0 происходит плавный спад до нуля dNД/dE, как это показано на рисунке с энергетическим спектром.


Скачать презентацию

Если вам понравился сайт и размещенные на нем материалы, пожалуйста, не забывайте поделиться этой страничкой в социальных сетях и с друзьями! Спасибо!