сти твердого тела, но и получить информацию о ее атомной структуре. Эта возможность связана с рядом эффектов, которые и будут рассмотрены в данном разделе.

4.6.1. Эффект затенения

Эффект затенения заключается в экранировании атомами первого атомного слоя поверхности следующих атомных слоев. Эта особенность связана с существованием так называемого конуса затенения, т.е. «невидимой» для рассеивающихся ионов области второго и более глубоких атомных слоев поверхности. Наличие такой области объясняется зависимостью угла рассеяния иона от прицельного параметра, схематически проиллюстрированной на рис.4.8.

Рис.4.8. Траектории рассеяния ионов на поверхностном атоме, расположенном в начале координат, иллюстрирующие образование «конуса затенения» [8]

Чем больше значение прицельного параметра, тем меньше угол рассеяния. Набор траекторий движения рассеивающихся ионов с различными значениями прицельного параметра не захватывает некоторую область (конус затенения) непосредственно за атомомрассеивателем, который как бы отбрасывает тень на атомы более глубоких слоев, делая их «невидимыми» для ионов. Как следствие, рассеяние происходит преимущественно на атомах первого атомного слоя, что также является одной из причин поверхностной чувствительности методики СРМИ.

164

Рис.4.9. Конусы затенения для ионов Не+ с энергией 1 кэВ от атомов верхних слоев поверхности Ni(100), спроецированные на более глубоколежащие атомы и делающие их «невидимыми» для рассеивающихся ионов [8]

Ориентация конуса затенения зависит от угла падения ионов (рис.4.9), что позволяет исследовать атомную структуру поверхности по угловым зависимостям интенсивности спектральной линии рассеяния медленных ионов I (ϕ,ψ) , где ϕ – угол скольжения, ψ

– азимутальный угол.

Рис.4.10. Зависимость интенсивности спектральной линии рассеяния нейтральных атомов Ne и ионов Ne+ с энергией 2 кэВ на поверхности Pt(111) от угла скольжения ϕ при фиксированном угле рассеяния ϑ = 165° . Низкая интенсивность спек-

тра рассеяния ионов обусловлена высокой вероятностью нейтрализации в процессе рассеяния, а наблюдаемые максимумы зависимости интенсивности от угла падения для рассеяния нейтральных частиц связаны с влиянием эффекта затенения

[5]

Зависимость интенсивности линии от угла скольжения

I (ϕ) позволяет судить о взаимном расположении атомов различ-

165

ных элементов в атомных плоскостях, параллельных поверхности. Изменяя угол падения, можно изменить положение конуса затенения относительно других атомов-рассеивателей, расположенных на разной глубине относительно первого атомного слоя (рис.4.10). Таким образом, например, можно узнать, где находятся адсорбированные на поверхности атомы – сверху первого атомного слоя поверхности или под ним.

Зависимость интенсивности линии от азимутального угла

I (ψ) позволяет судить о взаимном расположении атомов в плоско-

сти поверхности. Для иллюстрации рассмотрим структуру поверхностной кристаллической решетки, образуемой атомами кислорода на поверхности Ni(100), представленную на рис.4.11.

Рис.4.11. Эффект затенения, создаваемый поверхностными атомами при рассеянии медленных ионов. Данный пример приведен для случая рассеяния ионов Аr+ с энергией 1 кэВ на поверхности Ni(100) с адсорбированными атомами кислорода,

образующими поверхностную решетку 2 × 2 R 45°- O : а – вид сверху на поверхность; b – сечение вдоль направления [001], в котором имеет место затенение атомов Ni, являющихся ближайшими соседями к атомам кислорода (отмечены стрелкой А); с – сечение вдоль направления [011], в котором затенение указанных атомов Ni отсутствует [4]

При малых углах падения в зависимости от азимутального угла внутри конуса затенения от атомов кислорода могут оказываться или не оказываться атомы Ni . Так, при азимутальном угле, соответствующем направлению [001] (рис.4.11, б) внутри конуса затенения оказываются ближайшие к кослороду атомы первого атомно-

166

го слоя Ni, в то время как при рассеянии вдоль направления [011] затенения ближайших к кислороду атомов Ni не происходит.

Рис.4.12. Типичный вид угловой зависимости интенсивности линии СРМИ: а — выход рассеяния ионов Ne+ с энергией 5 кэВ вдоль нормали к поверхности Сu (100) в зависимости от азимута падения ионного пучка для различных углов скольжения; б — вид сверху на поверхность (светлыми кружками изображены атомы второго слоя) с указанием некоторых направлений с наименьшими межатомными расстояниями в цепочке [8]

Общий вид угловой зависимости I (ϕ,ψ) может иметь вид, представленный на рис.4.12.

4.6.2. Эффект многократного рассеяния

Многократное рассеяния имеет место в том случае, когда рассеивающийся атом взаимодействует не с одним, а с несколькими атомами поверхности. Этот эффект наиболее ярко бывает выражен при скользящем падении иона, когда однократное рассеяние маловероятно. Многократное рассеяние имеет место, когда падающий ион нацелен на точку между соседними атомами поверхности, рассеяние происходит на них обоих.

Кинематическое соотношение при многократном рассеянии для

n парных соударений на суммарный угол рассеяния θ					имеет сле-
дующий вид:		1		[cos(θ / n) ± (μ2 −sin2 (θ / n))1/ 2	]2n . (4.12)
kn =
	(1	+ μ)	2n

167

Так для двукратного рассеяния последовательно на углы θ1 и θ2
потери энергии	составляют E(θ1 ) = E0 − E1 = (1− k(θ1 ))E0 и
E(θ2 ) = E1 − E2	= [1− k(θ2 )]k(θ1 )E0 , причем общая потеря энер-

гии при двукратном рассеянии на суммарный угол θ =θ1 +θ2 оказывается меньше, чем потеря энергии при однократном рассеянии

на тот же угол θ : E(θ1 ) + E(θ2 ) < E(θ1 +θ2 ) , поскольку кинематический фактор монотонно уменьшается при увеличении угла

рассеяния (рис.4.13). Так,	при θ1 =θ2 = 30° и	μ =10 ,	согласно
(4.1) получаем k(θ1 ) = k(θ2 ) = 0.97 , k(θ1 +θ2 ) = 0.90				и
E(θ1 ) + E(θ2 ) ≈ 0.03 <	E(θ1 +θ2 ) = 0.10 .	В силу	этого	в

спектре СРМИ пик двукратного рассеяния всегда располагается со стороны больших энергий относительно пика однократного рассеяния (общий угол рассеяния задается геометрией установки и одинаков как для однократного, так и для двукратного рассеяния).

k	1.0
	0.9
	0.8
	0.7
	0.6
	0	30	60	90	120	150	180
				θ , град.

Рис.4.13. Теоретическая зависимость кинематического фактора k от угла рассеяния θ для μ = 10

В качестве примера на рис.4.14 показан спектр рассеяния ионов Не+ с энергией 1 кэВ на поверхности ZnS, в котором наблюдается пик однократного и двукратного рассеяния. Интенсивность пика двукратного рассеяния меньше интенсивности пика однократного рассеяния вследствие увеличения вероятности нейтрализации (возрастает время пребывания иона вблизи поверхности).

168

Рис. 4.14. Спектр рассеяния ионов Ne+ с энергией 1 кэВ на поверхности монокристалла ZnS (угол рассеяния равен 45°), состоящий из пиков однократного (Zn) и двукратного (Zn-Zn) рассеяния [7]

Рис. 4.15. «Петли» рассеяния в угловой зависимости энергии рассеянных ионов от угла рассеяния для ионов Ar+ с энергией 1 кэВ, рассеянных на регулярной линейной цепочке атомов Cu. Результаты расчета относятся к углам скольжения 25 и 30о [8]

В случае, когда плоскость падения-отражения ионов совпадает с атомными рядами на поверхности образца, возможно многократное рассеяние на цепочке атомов. В этом случае возможны две комби-

169