Физические основы Оже-спектроскопи и нейтронографии

Развитие микроэлектроники поставило задачку исследования поверхности материалов с высочайшей точностью. Одним из используемых для этих способов является оже-спектроскопия, (Pier Victor Auger Пьер Виктор Оже, французский физик) основанная на облучении исследуемой поверхности неспешными электронами. Неспешные электроны в силу малости кинетической энергии попадают только в самые верхние слои кристалла и очень отлично ведут взаимодействие с атомами кристалла, также с адсорбированными на поверхности кристалла атомами газов.

Оже-эффект заключается в заполнении электроном вакансии, образованной на одном из атомных уровней, с передачей безызлучательным оковём выделенной при всем этом энергии электрону другого вышележащего уровня и переводом его в возбуждённое состояние. Если переданная энергия достаточна, возбуждённый электрон покидает атом, и заместо одной первичной вакансии появляются две новые вакансии на более больших уровнях.

Обычно оже-электроны экспериментально наблюдают в виде потоков электронов с определёнными энергиями, не зависящими от энергии возбуждающих частиц (фотонов, электронов), создающих первичные вакансии. Энергия оже-электронов определяется природой испускающих их атомов и их хим окружением, что позволяет получать информацию об атомах и их хим состоянии.

Наибольшее применение оже-спектроскопия получила для простого анализа приповерхностного слоя твёрдого тела в несколько атомных слоёв. Чувствительность данного способа порядка . Может быть объединение способа оже-спектроскопия с дифракцией неспешных электронов, что даёт возможность не только лишь изучить элементный состав приповерхностных слоёв монокристаллических образцов, да и получать информацию об их структуре. Дифракция неспешных электронов даёт сведения о структуре двумерной решётки как атомов самого кристалла у его поверхности, так и адсорбированных кристаллом атомов газов.

В нейтронной оптике для анализа строения вещества употребляются волны де Бройля неспешных (термических) нейтронов. Если соответственная длина волны сравнима с межатомным расстоянием, то для описания волновых процессов комфортно ввести показатель преломления нейтронов согласно формуле:

, (3.4)
где — скорость нейтронов в вакууме,
— скорость нейтронов в среде,
— кинетическая энергия нейтронов в вакууме,
— усреднённый по объёму среды потенциал взаимодействия нейтрона с ядрами вещества,
— концентрация атомных ядер,
— когерентная длина рассеяния нейтронов ядрами,
— масса нейтрона.

В отличие от электронов нейтроны не владеют электронным зарядом, потому ведут взаимодействие в главном с атомными ядрами. Не считая того, нейтроны владеют магнитным моментом порядка ядерного магнетона

, (3.5)

где — масса протона, что обуславливает их взаимодействие с внутренним полем вещества.

Показатель преломления нейтронов даёт возможность количественно обрисовывать такие волновые явления как отражение и преломление волн на границе раздела сред, дифракция на неоднородностях среды и повторяющихся структурах, интерференция.

К примеру, если , что справедливо для большинства атомных ядер, нейтроны с кинетической энергией не могут просочиться из вакуума в среду в силу полного внутреннего отражения волны де Бройля. Данный эффект употребляется для сотворения сосудов для хранения ультрахолодных нейтронов.

Источниками неспешных нейтронов с кинетической энергией () служат ядерные реакторы, у каких максимум энергетического диапазона термических нейтронов лежит в области энергии .

Нейтронография изучает строение вещества в конденсированном состоянии при помощи процесса рассеяния неспешных нейтронов. Рассеяние нейтронов даёт информацию о пространственном рассредотачивании ядерной материи вещества, ориентации магнитных моментов частиц с внутри вещества, динамических свойствах кристаллической решётки.