Wechselwirkung Elektron – Festkörper

Präsentation zum Thema: "Wechselwirkung Elektron – Festkörper"—  Präsentation transkript:

1 Wechselwirkung Elektron – Festkörper
Elastische Elektronenstreuung Elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem beschleunigten Elektron und den Elektronen im Atom Keine Änderung der Energie des gestreuten Elektrons Elektronenbeugung Elektron Atom

2 Wechselwirkung Elektron – Festkörper
hmax = Ekin = eU Bremsstrahlung Verlust der Energie der beschleunigten Elektronen Emission der „kontinuierlichen„ Röntgenstrahlung

3 Wechselwirkung Elektron – Festkörper
Charakteristische Strahlung Anregung der inneren Elektronen durch das beschleunigte Elektron Die „geladene“ Energie wird demnächst in Form des Röntgenquantums ausgestrahlt

4 Wechselwirkung Elektron – Festkörper
Charakteristische Röntgenstrahlung Moseley: Z … Ordnungszahl

5 Charakteristische Röntgenstrahlung
Strahlung (elektromagnetische Welle) mit einer definierten Wellenlänge für Röntgenbeugungs-experimente Chemische Analyse mittels Röntgenfluoreszenz – Bestimmung der chemischen Zusammensetzung aus der Wellenlänge und Intensität der charakteristischen Röntgenstrahlung

6 Wechselwirkung Elektron – Festkörper
Emission der Auger-Elektronen Ionisation des Atoms durch die Energie des beschleunigten Elektrons Emission eines Photons Erneute Ionisation des Atoms durch die Energie des Photons

7 Wechselwirkung Elektron – Festkörper
Zusammenfassung Elastische Elektronenstreuung Emission von Bremsstrahlung Emission der charakteristischen Röntgenstrahlung Emission von Auger-Elektronen

8 Wechselwirkung Photon – Festkörper
Elastische Streuung der Photonen Elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem Photon und den Elektronen im Atom Keine Änderung der Energie (und der Wellenlänge) des gestreuten Photons Röntgenbeugung und Röntgenstreuung Photon Atom hn Thomson-Streuung

9 Wechselwirkung Photon – Festkörper
Gestreutes Photon Photon Elektron hn < hn mv Gestreutes Elektron Compton-Streuung Nichtelastische Streuung der Photonen Zusammenstoß zwischen dem Photon und einem Elektron im Atom, bei dem das Photon einen Teil seiner Energie und seines Impulses an das Elektron übergibt Die Energie des gestreuten Photons sinkt, seine Wellenlänge wird größer

10 Compton-Streuung

11 Wechselwirkung Photon – Festkörper
hn DE I0 Absorption des Photons Die Energie des Photons wird dem Festkörper übergeben m, l I µ … linearer Schwächungskoeffizient [cm-1] ℓ … Dicke des Absorbers [cm]

12 Wechselwirkung Photon – Festkörper
W+Ekin hn W … Austrittarbeit Photoeffekt Das Photon bring Energie, die den Austritt eines Elektrons aus der Oberfläche des Festkörpers ermöglicht Dies ist mit der Absorption des Photons verbunden Die Wahrscheinlichkeit der Absorption des Photons hängt von der Energie ab XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)

13 Wechselwirkung Photon – Festkörper
Ionisation von Atomen Das Photon bring Energie, die ein Atom in der Kristallstruktur ionisiert (ein Elektron wird abgerissen) Dies ist mit der Absorption des Photons verbunden Das „freie“ Elektron verhält sich als eine Welle, die im Material wiederum gestreut werden kann EXAFS (Extended X-ray absorption fine structure) NEXAFS - Near Edge X-ray Absorption Fine Structure XANES - X-ray Absorption Near Edge Structure

14 Wechselwirkung Photon – Festkörper
Röntgenfluoreszenz Das Photon bring Energie, die ein Elektron im Festkörper anregt Dies ist mit der Absorption des Photons verbunden RFA (Röntgenfluoreszenzanalyse) Das registrierte Energiespektrum enthält die spektralen Linien der Atome im analysierten Material

15 Wechselwirkung Photon – Festkörper
Magnetische Röntgenbeugung Nichtresonant: Streuung der Röntgenstrahlung an Spinmomenten Resonant: Effekt der magnetischen Austauschaufspal-tung unbesetzter Zustände in der Nähe der Fermi-Kante (resonante Austauschstreuung)

16 Wechselwirkung Photon – Festkörper
Zusammenfassung Elastische Röntgenbeugung und Röntgenstreuung (Thomson) Nichtelastische Röntgenstreuung (Compton) Absorption des Photons Photoeffekt EXAFS, NEXAFS, XANES Röntgenfluoreszenz Magnetische Röntgenbeugung

17 Wechselwirkung Neutron – Festkörper
Elastische Neutronenstreuung Wechselwirkung zwischen dem Neutron und dem Atomkern Keine Änderung der Energie (und der Wellenlänge) des gestreuten Neutrons Nukleare (atomare) Neutronenbeugung und Neutronenstreuung Neutron Atom

18 Wechselwirkung Neutron – Festkörper
Nichtelastische Neutronenstreuung Wechselwirkung der Neutronen mit Phononen (Gitterschwingungen) (1) Neutron nimmt kinetische Energie durch Absorption des Phonons auf (2) Neutron gibt einen Teil seiner Energie an Phonon über Untersuchung der Kristallgitter-schwingungen Energie: Impuls:

19 Wechselwirkung Neutron – Festkörper
Magnetische Neutronenstreuung Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Moment des Neutrons (µ = 1,91 µB) und dem magnetischem Moment des Atoms Untersuchung der magnetischen Strukturen von Festkörpern Immer noch öfter verwendet als die magnetische Röntgenstreuung Magnetischer Moment des Neutrons Magnetischer Moment im Atom