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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. Wechselwirkung Elektron – Festkörper.

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Presentation Transcript
wechselwirkung elektron festk rper
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

wechselwirkung elektron festk rper1
Wechselwirkung Elektron – Festkörper

hmax = Ekin = eU

  • Bremsstrahlung
  • Verlust der Energie der beschleunigten Elektronen
  • Emission der „kontinuierlichen„ Röntgenstrahlung
wechselwirkung elektron festk rper2
Wechselwirkung Elektron – Festkörper
  • Charakteristische Strahlung
  • Anregung der inneren Elektronen durch das beschleunigte Elektron
  • Die „geladene“ Energie wird demnächst in Form des Röntgenquantums ausgestrahlt
wechselwirkung elektron festk rper3
Wechselwirkung Elektron – Festkörper

Charakteristische Röntgenstrahlung

Moseley:

Z … Ordnungszahl

charakteristische r ntgenstrahlung
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
wechselwirkung elektron festk rper4
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
wechselwirkung elektron festk rper5
Wechselwirkung Elektron – Festkörper

Zusammenfassung

  • Elastische Elektronenstreuung
  • Emission von Bremsstrahlung
  • Emission der charakteristischen Röntgenstrahlung
  • Emission von Auger-Elektronen
wechselwirkung photon festk rper

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

wechselwirkung photon festk rper1

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
wechselwirkung photon festk rper2

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]

wechselwirkung photon festk rper3
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)
wechselwirkung photon festk rper4
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
wechselwirkung photon festk rper5
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
wechselwirkung photon festk rper6
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)
wechselwirkung photon festk rper7
Wechselwirkung Photon – Festkörper

Zusammenfassung

  • Elastische Röntgenbeugung und Röntgenstreuung (Thomson)
  • Nichtelastische Röntgenstreuung (Compton)
  • Absorption des Photons
  • Photoeffekt
  • EXAFS, NEXAFS, XANES
  • Röntgenfluoreszenz
  • Magnetische Röntgenbeugung
wechselwirkung neutron festk rper
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

wechselwirkung neutron festk rper1
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:

wechselwirkung neutron festk rper2
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