Исследование структуры пленок с помощью электронной микроскопии

СОДЕРЖАНИЕ

Цель работы, приборы и принадлежности, теория        3

Порядок выполнения         9

Проведение измерений и обработка результатов.
Образец 1 (вариант 6)        10

Образец 2 (вариант 7)        13

Вывод         15

Ответы на контрольные вопросы         17

Цель работы: ознакомление с работой просвечивающего электронного микроскопа и идентификация веществ по их дифракционным картинам.

Приборы и принадлежности: виртуальная модель электронного просвечивающего микроскоп, электронно-микроскопические образцы, измерительная линейка.

Теория. В 1924 г. французский физик Луи де Бройль выдвинул по тому времени необычную гипотезу, что все материальные частицы обладают волновыми свойствами. Согласно де Бройлю с материальной частицей, обладающей импульсом [pic 1], связано волновое движение, длина волны которого определяется формулой

[pic 2]

где [pic 3]= 6,63*10-34 Дж с – постоянная Планка.

Для макроскопических тем длина волны, определяемая формулой (1) очень мала (для пылинки массой 1 мг, движутся со скоростью 10 м/c, [pic 4]~10-27 м ) и существенно меньше минимальных размеров тел, наблюдаемых в природе (размеры ядра атома ~10-15 м), поэтому волновые свойства таких тел в принципе невозможно экспериментально обнаружить. Но в случае микроскопических частиц (например, электронов) их длины волн совпадают с длинами волн рентгеновских лучей и волновые свойства таких частиц легко наблюдать в эксперименте. Гипотеза де Бройля была быстро подтверждена экспериментально. А именно, показано, что пучки электронов, протонов и даже целых атомов обнаруживают явления интерференции (дифракции) совершенно так же, как рентгеновские лучи. первыми дифракцию электронов при их отражении от монокристалла никеля наблюдали Девиссон и Джермер в 1927 г.

Расчет дифракционной картины от кристаллической решетки можно проделать следующим простым способом. Кристалл представляет собой совокупность атомов, упорядоченно расположенных в узлах кристаллической решетки. Отражение волны от плоской поверхности согласно принципу Гюйгенса- Френеля, приводит к тому, что каждая точка поверхности становиться источником вторичных волн, которые интерферируют между собой и дают отраженную волну под углом отражения, равным углу падения. Проведем через узлы решетки параллельные равноотстоящие друг от друга плоскости (рис.1) и рассмотрим электромагнитную волну или поток электронов, падающих под углом на данные плоскости. При отражении волны от семейства плоскостей происходит деление амплитуды первичной волны между вторичными отражениями волны. Если оптическая разность хода вторичных лучей кратна целому числу длин волн, то они усилят друг друга и под углом отражения будет действительно распространяться отраженная волна. Если же кратность отсутствует, вторичные волны ослабляют друг друга и отраженной волны не будет.

                         1      2

[pic 5]        [pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11]

[pic 12][pic 13]

Из рис.1 видно, что разность хода между лучами 1 и 2, отраженными от соседних плоскостей равна:

[pic 14]= AB+BC-AD,                                             (2)

где AB+BC=2[pic 15]/[pic 16], а AD=2[pic 17]/[pic 18], отсюда получаем

[pic 19]

Следовательно, условие отражения волны от системы параллельных плоскостей имеет вид

,                                                    (4)[pic 20]

где  - расстояние между плоскостями;[pic 21]