X선 결정 자르기 로드

X선 결정 자르기 로드 산란은 결정 표면에서 표면 X선 회절(SXRD) 패턴 분석을 기반으로 한 표면 과학의 강력한 방법이다.

무한 결정의 경우 확산된 패턴이 브래그 피크와 같은 디락 델타 함수에 집중된다.결정 표면의 존재는 소위 잘림 막대(표면에 정상적인 운동 공간의 선형 영역)를 따라 추가적인 구조를 야기한다.결정 절단 로드(CTR) 측정은 표면의 원자 구조를 상세하게 결정할 수 있으며, 특히 결정 표면의 산화, 상피 성장 및 흡착 연구 경우에 유용하다.

이론

그림 1: 이상적인 종단부를 가진 단순한 입방 격자에 의해 생산된 결정 절단 로드

모멘텀 $K_{0}$ $K_{0}$ ${\$ 이(가) 있는 결정 표면의 입자 사고는 $\mathbf {Q}$ ${\$ 의 모멘텀 변화를 통해 산란을 겪는다 $K_{0}$ $\mathbf {Q}$ x $x$ 와 $x$ $y$ ${\displaysty$ $y$ $}$ 이 표면의 방향을 나타내고 $y$ $z$ 가 perpendicul인 경우 $z$ ar 표면에는 $\mathbf {Q}$ ${\$ 의 가능한 모든 값의 함수로써 산란 강도가 다음과 같이 주어진다 $\mathbf {Q}$ .

I(\mathbf {Q} )={\frac {\sin ^{2}\왼쪽({\tfrac {1}{\1}{2}}N_{x}Q_{x}a_{x}\오른쪽)}{\sin ^{2}\왼쪽({\tfrac {1}{2}}Q_{x}a_{x}\오른쪽)}}}\{\frac {\sin ^{2}\왼쪽({\tfrac {1}{2}}N_{y}Q_{y}a_{y}\오른쪽)}{\sin ^{2}\왼쪽({\tfrac {1}{2}}Q_{y}a_{y}\오른쪽)}}}\\frac {1+\알파 ^{2N_{z}-2\알파 ^{N_{z}}\c}\cos \left(N_{z}Q_{z}c\right)}{1+\알파 \cos \cos \left(Q_{z}c\rig)}}

여기서 $\alpha$ $\alpha$ 은 $\alpha$ (는) 침투 계수로서, 결정의 연속적인 원자 평면에서 산란된 x선 진폭의 비율로 정의되며, $a_{y}$ ${\$ a_{ $x},$ y ${\$ a_{ $y},$ c ${\displaystystysty$ }, c $}$ 는 x $c$ , y 및 z 방향의 격자 스페이스이다.엘리의

In the case of perfect absorption, $\alpha =0$ , and the intensity becomes independent of $Q_{z}$ , with a maximum for any $\mathbf {Q_{\parallel }}$ (the component of $\mathbf {Q}$ parallel to the crystal surface) that satisfies the상호 공간에서의 2D Laue 조건

\mathbf {Q} _{\parallel }=\mathbf {G} _{hk}=h\mathbf {a} _{x}^{x}+k}\mathbf {a} _{y}^{y}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}

정수 $h$ $h$ 및 $h$ $k$ $k$ 의 경우 $k$ 이 조건은 그림 1과 같이 표면에 수직으로 향하며 표면의 상호 격자점을 통과하는 상호 공간에서의 강도 로드를 초래한다.이 막대들은 회절봉, 즉 수정 절단봉으로 알려져 있다.

그림 2: 간단한 입방체 격자에서 크리스털 절단 로드를 따른 강도 변화

$\alpha$ $\alpha$ 이(가) 0에서 달라지도록 허용하면 $\alpha$ 로드를 따라 강도는 그림 2. $\alpha$ $\alpha$ 이(가) 단결에 근접함에 $\alpha$ 따라 한계 내에서 X선이 완전히 침투하며 산란 강도는 대량 회절에서와 같이 주기적인 델타 함수에 접근한다는 점에 유의하십시오.

이 계산은 키네마틱(단일 스캐터) 근사치에 따라 수행되었다.이는 피크 강도의 $10^{-7}$ - 7 ${\$ 이내로 정확한 것으로 나타났다.모델에 동적(복수 범위) 고려사항을 추가하면 CTR 강도를 훨씬 더 정확하게 예측할 수 있다.^[2]

계측

X선 CTR 측정에서 고품질 데이터를 얻으려면 검출된 강도가 최소 $10^{9}{\tfrac {photons}{mm^{2}s}}$ $10^{9}{\tfrac {photons}{mm^{2}s}}$ $10^{9}{\tfrac {photons}{mm^{2}s}}$ $10^{9}{\tfrac {photons}{mm^{2}s}}$ $10^{9}{\tfrac {photons}{mm^{2}s}}$ $10^{9}{\tfrac {photons}{mm^{2}s}}$ $10^{9}{\tfrac {photons}{mm^{2}s}}$ n m $10^{9}{\tfrac {photons}{mm^{2}s}}$ s $[\$ 9}{\ $tfrac {photons}{mm^{2$ }s $}}}$ 의 순서로 되어 있는 것이 바람직하다 $10^{9}{\tfrac {photons}{mm^{2}s}}$ ^{[citation needed]} 이 수준의 출력을 얻으려면 X선 소스가 일반적으로 싱크로트론 소스가 되어야 한다.회전 양극 선원과 같은 보다 전통적인 값싼 공급원은 X선 플럭스를 2-3배 더 적게 제공하고 고원자 수 물질의 연구에만 적합하며, 이는 더 높은 확산 강도를 반환한다.최대 확산 강도는 원자 $Z$ 의 제곱인Z {\ $displaystyle$ Z $}$ 에 대략 비례한다 $Z$ 예를 들어 금(Z = 79 $displaystyle Z=79$ 을 연구하기 위해 양극 X선 선원이 성공적으로 사용되었다.^[4]

표면의 X선 측정을 할 때, 샘플은 UHV Vacuum에 고정되고 X선은 Beryllium 창을 통해 UHV 챔버를 드나든다.사용 중인 챔버와 디프랙토미터 설계에는 두 가지 접근법이 있다.첫 번째 방법에서는 샘플이 진공 챔버에 상대적으로 고정되어 있으며, 가능한 한 작고 가벼운 상태를 유지하며 확산계에 장착된다.두 번째 방법에서는 샘플이 외부에 연결된 벨로우에 의해 챔버 내에서 회전한다.이 접근방식은 확산계 각도계에 큰 기계적 부하를 가하는 것을 방지하여 미세한 각도 분해능을 유지하기가 용이하다.많은 구성의 한 가지 단점은 LEED나 AES와 같은 다른 표면 분석 방법을 사용하기 위해서는 샘플을 이동해야 하며, 샘플을 X선 회절 위치로 다시 이동한 후에는 다시 정렬해야 한다는 것이다.일부 설정에서 샘플 챔버는 진공 상태를 깨지 않고 확산계로부터 분리할 수 있어 다른 사용자가 접근할 수 있다.X선 CTR 디프랙토미터 장치의 예는 15-17인치 참조

CTR 로드칸

표면에 대한 X선의 주어진 입사각의 경우, 에발트 구체와 수정 자르기 봉의 교차점만 관찰할 수 있다.CTR을 따라 강도를 측정하려면, 에발트 구의 원점이 번역되고 구가 상호 공간의 다른 위치에서 로드와 교차하도록 X선 빔에서 샘플을 회전시켜야 한다.이러한 방식으로 로드캔을 수행하려면 샘플과 검출기를 서로 다른 축을 따라 정확하게 조정된 움직임이 필요하다.이러한 움직임을 달성하기 위해 샘플과 검출기는 4원형 확산계라는 장치에 탑재된다.샘플은 유입 빔과 확산 빔을 이등분하는 평면에서 회전하고 검출기는 확산된 CTR 강도를 포착하는 데 필요한 위치로 이동한다.

표면 구조

그림 3: (a) 잘못 절단된 입방 격자와 (b) 순서의 표면 거칠기 및 (c,d) 해당 CTR 프로필의 예

재료의 표면 형상은 CTR 강도에 변화를 일으키며, 이는 어떤 표면 구조가 존재할 수 있는지를 평가하기 위해 측정되고 사용될 수 있다.이것의 두 가지 예는 그림 3에 나와 있다. $\alpha$ $\alpha$ 각도에서 잘못 절단된 경우 $\alpha$ 두 번째 세트의 로드들은 superlattice lods라고 불리는 상호적 공간에서 생산되며, $\alpha$ {\ $displaystyle \alpha$ X선 강도는 래티스 로드(회색 막대)와 수페 사이의 교차 영역에서 가장 강하다.래티스 로드(검은색 선)교대로 주문한 경우, CTR 강도는 그림과 같이 세분화된다.실제 재료에서 표면 형상의 발생은 그렇게 규칙적인 경우는 드물지만, 이 두 가지 예는 얻은 회절 패턴에서 표면 오손과 거칠기가 나타나는 방법을 보여준다.

참조

^ E. 콘래드(1996년)."분해 방법".W. N. Unertl (Ed.)에서 물리적 구조, 페이지 279-302.암스테르담:엘시어 사이언스.
^ Kaganer, Vladimir M. (2007-06-21). "Crystal truncation rods in kinematical and dynamical x-ray diffraction theories". Physical Review B. American Physical Society (APS). 75 (24): 245425. arXiv:cond-mat/0702679. doi:10.1103/physrevb.75.245425. ISSN 1098-0121.
^ ^a ^b Feidenhans'l, R. (1989). "Surface structure determination by X-ray diffraction". Surface Science Reports. Elsevier BV. 10 (3): 105–188. doi:10.1016/0167-5729(89)90002-2. ISSN 0167-5729.
^ Robinson, I. K. (1983-04-11). "Direct Determination of the Au(110) Reconstructed Surface by X-Ray Diffraction". Physical Review Letters. American Physical Society (APS). 50 (15): 1145–1148. doi:10.1103/physrevlett.50.1145. ISSN 0031-9007.

[Conrad-1] E. 콘래드(1996년)."분해 방법".W. N. Unertl (Ed.)에서 물리적 구조, 페이지 279-302.암스테르담:엘시어 사이언스.

[2] Kaganer, Vladimir M. (2007-06-21). "Crystal truncation rods in kinematical and dynamical x-ray diffraction theories". Physical Review B. American Physical Society (APS). 75 (24): 245425. arXiv:cond-mat/0702679. doi:10.1103/physrevb.75.245425. ISSN 1098-0121.

[Feidenhans-3] Feidenhans'l, R. (1989). "Surface structure determination by X-ray diffraction". Surface Science Reports. Elsevier BV. 10 (3): 105–188. doi:10.1016/0167-5729(89)90002-2. ISSN 0167-5729.

[4] Robinson, I. K. (1983-04-11). "Direct Determination of the Au(110) Reconstructed Surface by X-Ray Diffraction". Physical Review Letters. American Physical Society (APS). 50 (15): 1145–1148. doi:10.1103/physrevlett.50.1145. ISSN 0031-9007.

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