تحقیق روی فونون‌های سطحی با بیناب نمایی افت انرژی الکترون



تحقیق روی فونون‌های سطحی با بیناب نمایی افت انرژی الکترون

 

مترجم: احمد رازیانی
منبع:راسخون
 
در فیزیک مولکولی و فیزیک حالت جامد با مطالعه مدهای ارتعاشی اطلاعات دقیقی درباره ماهیت پیوند شیمیایی و جنبه‌های ظریف هندسه ساختاری به دست می‌آید. در طیف نمایی‌های ارتعاشی از درآشامی و پراکندگی ناکشسان فوتون‌ها، یا از کاوه‌های ذره‌ای نظیر نوترون، استفاده می‌شود.
به همین دلایل است که حرکت‌های ارتعاشی اتم‌ها در داخل سطح بلور یا مولکول‌های روی سطح بلور مطالعه می‌شوند. طیف نمایی‌های متعارف فقط در شرایط محدود عمل می‌کنند، زیرا استخراج یک علامت از تک لایه‌ای که بر روی زمینه بزرگی از بلور قرار دارد بسیار مشکل است.
الکترون‌های با انرژی مناسب (۱ تا ۵۰۰ الکترون ولت) کاوه‌های سطحی پر توانی هستند، زیرا مسیر آزاد میانگین این الکترون‌ها در ماده به اندازه سه یا چهار برابر فاصله میان اتم‌هاست. الکترون‌ها از سطح پس – پراکنده می‌شوند و از این رو متضمن اطلاعاتی درباره آخرین لایه‌های اتم‌اند.
هنگام پس پراکندگی الکترون ممکن است یک کوانتوم ارتعاشی با بسامد ω_ν ایجاد شود و در این فرآیند، انرژی برابر با hω_ν از دست برود (که در آن h ثابت پلانک است). اندازه‌گیری این افت انرژی کم، که مستلزم داشتن باریکه‌های الکترونی کاملاً تک انرژی است، دستیابی به این بسامدهای ارتعاشی را فراهم می‌کند. در دو دهه اخیر، طیف نمایی افت انرژی الکترون به صورت یک کاوه پر توان ارتعاشات سطحی درآمده است، که به خاطر گستره طیفی وسیعش قابل توجه است. با پیشرفت‌های تجربی و نظری جدید، اکنون می‌توان اطلاعات بسیار وسیع‌تری را از روی این داده‌ها به دست آورد.
بنا به روش متعارف، فقط افت انرژی الکترون‌هایی اندازه‌گیری می‌شود که در فرآیند برانگیختگی ارتعاشی انحراف زاویه‌ای بسیار کمی پیدا می‌کنند. این رویدادها به واسطه میدان‌های کولنی بلند – برد حاصل از ارتعاشات سطحی شدت خاصی دارند. چنین الکترون‌هایی پس از بازتابش از سطح، نزدیک به امتداد آینه‌ای خارج می‌شوند و اگر انرژی اولیه آن‌ها نسبتاً کم – از یک تا ۱۰ الکترون ولت – باشد شدیدترین افت انرژی را دارند. در این مد عمل، قاعده انتخاب فقط دستیابی به زیر مجموعه‌ای از مدهای ارتعاشی سطح را مجاز می‌دارد.
در رده جدیدی از آزمایش‌ها، الکترون‌هایی که در رویداد افت انرژی تحت زاویه‌های بزرگ منحرف می‌شوند مطالعه شده‌اند. در این حالت امتداد خروج الکترون‌ها با هر یک از امتدادهای آینه‌ای یا امتدادهای باریکه براگ خیلی فاصله دارد. در این حالت قاعده انتخاب نزدیک به آینه‌ای نقض می‌شود و در اصل امکان دسترسی به طیف کامل مدهای ارتعاشی به وجود می‌آید. انتقال تکانه الکترون یک متغیر جدید است و بستگی بسامد مد ارتعاشی سطح (فوتون سطح) به طول موج را می‌توان از انتقال قله افت انرژی متناظر با انتقال تکانه نتیجه گرفت.
منحنی بستگی بسامد به طول موج منحنی پاشندگی نامیده می‌شود و ما اکنون توانسته‌ایم به منحنی‌های پاشندگی فونون‌های سطحی، به طور پیوسته، از طول موج‌های بلند تا کوتاه‌ترین طول موج مجاز، که برابر با فاصله میان اتم‌هاست دسترسی پیدا کنیم.
اکنون مطالعه فونون‌های سطحی با بسامد بالا، وابسته به لایه‌های جذب شده، همراه با تأثیر مواد جذب شده روی فونون‌های سطحی زیر لایه، در مورد چند سیستم انجام شدهاست. طیف نمایی جدید مانسته سطحی آزمایش‌های پراکندگی ناکشسان نوترون است. این آزمایش‌ها محققاً کاوه پر توان ماده کپه‌ای‌اند.
عامل اصلی در موفقیت روش جدید کاربرد باریکه‌های با انرژی بالا، در گستره ۱۰۰ تا ۳۰۰ الکترون ولت است. این عمل یک شاهکار تجربی است که در آن باریکه‌هایی تا به آن حد تک انرژی تولید می‌شوند که می‌توانند افت‌های انرژی بسیار کم حاصل از برانگیختن ارتعاشی را آشکار کنند. در این ناحیه انرژی، با یک روش بسیار کمی، امکان محاسبه نظری تغییرات مقطع‌های برانگیزش فونون‌های سطحی در اثر تغییرات انرژی و زاویه، به ثبوت رسیده است. این محاسبات راهنمای انتخاب شرایط هندسی پراکندگی در جستجوی موفقیت آمیز فونون‌های سطحی است که در نظریه پیشگویی شده‌اند ولی در داده‌های اولیه موجود نبوده است. همچنین معلوم شده است که نظم تغییرات مقطع‌ها با انرژی و زاویه نسبت به وضع هندسی سطح حساس است و در نتیجه ما توانسته‌ایم وسیله جدیدی برای کاویدن همزمان دو موضوع نزدیک به هم یعنی ساختار سطح و دینامیک سطح، در اختیار داشته باشیم.
در سال‌های اخیر، باریکه‌های هلیوم خنثای کاملاً تک انرژی ایجاد شده‌اند و از این باریکه‌ها برای مطالعه فونون‌های سطحی به وسیله طیف نمایی افت انرژی استفاده شده است. فعلاً ما دو نوع طیف نمایی برای فونون‌های سطحی داریم که مکمل یک دیگرند و برای نخستین بار به این مدها، که سال‌ها توسط نظریه پردازان مطالعه شده‌اند، مستقیماً دسترسی پیدا کرده‌ایم.

 



لینک منبع

اشتراک گذاری مطلب

انتشار مطالب با ذکر منبع مجاز می باشد.