Wechselwirkung Elektron – Festkörper

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. Photon Atom hn hn 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 Thomson-Streuung

9. hn < hn mv Wechselwirkung Photon – Festkörper Gestreutes Photon Photon Elektron 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. DE hn Wechselwirkung Photon – Festkörper 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