Рентгеноструктурний аналіз молибдену

Дипломная работа - Физика

Другие дипломы по предмету Физика

?н теоретично по одній з формул, виведених для цієї мети. Одна з них має вигляд

 

,

,

де Z атомний номер елементу.

Таким чином, повна інтенсивність незалежного розсіювання одним

атомом складається з когерентного і некогерентного доданків:

 

I(S)= IK(S)+ IHK(S) (44)

 

Розсіювання електронів вільним атомом

 

Застосування методу дифракції електронів для дослідження молекулярної структури речовини засноване на хвильових властивостях цих частинок. Пучок електронів, що розповсюджується у напрямі осі X, можна представити плоскою монохроматичною хвилею, описуваною хвильовою функцією

 

 

Взаємодіючи з електричним полем атома, ця хвиля частково розсівається. На відстані L від центру атома розсіяна хвиля представляється у вигляді

 

(45)

 

де fe(S) атомна амплітуда розсіювання електронів, що має розмірність довжини.

Результуюча електронна хвиля представляється суперпозицією падаючої плоскої і розсіяної сферичної хвиль:

 

(46а)

або

 

? = ?0 + ? (46б)

 

де А і B деякі постійні.

Тут ? << ?0, оскільки розсіювання складає лише незначну частку первинного пучка. Результуюча хвильова функція ? електрона, рухаючегося в електричному полі атома, знаходиться з рівняння Шредінгера:

 

(47)

 

де m маса розсіюючого електрона, E його повна і U(r) -потенційна енергія в електричному полі атома, h постійна Планка. Передбачається, що U(r) швидко убуває із зростанням відстані r від ядра. Підставимо (46б) в (47). Враховуючи, що хвильова функція ?0 плоскої хвилі задовольняє рівнянню руху електрона поза атомом (??0 + k2?0= 0), і нехтуючи добутком U(r)? як величиною другого порядку малості, одержимо

 

(48)

 

де k2 = 8?2mE/h2 = (2?/?)2

Вираз (48) аналогічно рівнянню Пуассона. Його рішення має вигляд

 

(49)

 

де r відстань від центру атома до електрона; L відстань від центру O атома до точки спостереження A; l = Lrn; (r n) проекція вектора r на напрям розсіювання n (мал. 2.7). Якщо точка спостереження знаходиться на великій відстані від центру атома, то в знаменнику (49) можна замінити l на L. Тоді

 

(50)

 

Зіставляючи це рівняння з (45), можна записати вираз для атомної амплітуди розсіювання електронів:

 

 

(51)

 

Переходячи до сферичних координат і інтегруючи (51) по ? і ?, одержуємо

 

(52)

 

Цей вираз нагадує атомний чинник для рентгенівського випромінювання

(51)

 

Зіставляючи вирази (52) і (51), помічаємо, що амплітуда розсіяної електронної хвилі пропорційна потенційній енергії електрона в полі атома, тоді як амплітуда розсіювання рентгенівського випромінювання пропорційна електронній густині атома.

Для безпосередніх обчислень атомних амплітуд розсіювання електронів зручно у формулі (51) виразити потенційну енергію U(r) через електронну густину ?e(r). Запишемо в явному вигляді вираз для U(r).

Електростатичний потенціал в будь-якій точці атома складається з потенціалу позитивно зарядженого ядра і потенціалу електронної оболонки. Потенціал в точці r, створюваний зарядом ядра, рівний Ze/r. Щоб визначити потенціал, створюваний в тій же точці зарядом електронної оболонки атома, розглянемо елемент обєму dV1 на відстані r1 від центру О атома (мал. 2.8). Заряд, зосереджений в цьому обємі, рівний e?e(r1)dV1. Потенціал в точці r, створюваний цим зарядом, e?e(r1)dV1/|rr1|. Потенціал в тій же точці, створюваний всією електронною оболонкою атома, представиться як

 

 

Загальна потенційна енергія електрона усередині атома виразиться формулою

 

(52)

 

Підставляючи цей вираз в рівняння (52), одержимо

(53)

 

Візьмемо перший інтеграл

 

(54)

 

якщо, як і раніше, покласти dV = r2drsin?d?d?. Щоб обчислити другий доданок, замінимий в ньому порядок інтеграції:

 

 

Інтеграл

 

 

якщо eiSrcos? = ?е (r), тобто він може розглядатися як потенціал, створюваний в точці r електричним зарядом, розподіленим в просторі з густиною ?е (r), З другого боку, потенціал ?(r) повязаний з густиною ?е (r), рівнянням Пуассона

 

??(r) = 4? ?е(r) = 4?ei S r (55)

 

Інтегруючи (55) по r, одержимо

 

?(r) = 4?ei S r /S2 (56)

Отже, (57)

 

Другий доданок в (53) можна представити у вигляді

 

 

Інтегруючи по ? і ? і опускаючи індекс при r, одержимо

 

 

Атомна амплітуда розсіювання електронів визначається формулою

 

(58)

Або (59)

 

Використовуючи значення атомних амплітуд розсіювання рентгенівського випромінювання, можна по цій формулі обчислити fe(S) для будь-якого елементу. Звівши (59) в квадрат, одержимо інтенсивність когерентного розсіювання окремим атомом:

 

(60)

 

Підставляючи числові значення постійних, знайдемо

 

Когерентне розсіювання електронів складається з ядерного і електронного: член, що містить r2, визначає частку інтенсивності розсіювання ядром, член з F2(S) інтенсивність розсіювання оболонкою атома, нарешті, член, що містить ZF2(S) визначає інтенсивність розсіювання електронною оболонкою і ядром. Загальна інтенсивність розсіювання електронів убуває обернено пропорційно до S4. У разі рентгенівського випромінювання інтенсивність розсіювання спадає обернено пропорційно до S. Зменшення інтенсивності з кутом розсіювання пояснюється тим, що довжина хвилі цих випром