Wechselwirkung Elektron Festkrper Elastische Elektronenstreuung Elektromagnetische Wechselwirkung zwischen

Wechselwirkung Elektron – Festkörper Elastische Elektronenstreuung Ø Elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem beschleunigten Elektron und den Elektronen im Atom Elektron Atom Ø Keine Änderung der Energie des gestreuten Elektrons Ø Elektronenbeugung 1

Wechselwirkung Elektron – Festkörper Bremsstrahlung Ø Verlust der Energie der beschleunigten Elektronen Ø Emission der „kontinuierlichen„ Röntgenstrahlung 2

Wechselwirkung Elektron – Festkörper Charakteristische Strahlung Ø Anregung der inneren Elektronen durch das beschleunigte Elektron Ø Die „geladene“ Energie wird demnächst in Form des Röntgenquantums ausgestrahlt 3

Wechselwirkung Elektron – Festkörper Charakteristische Röntgenstrahlung Moseley: Z … Ordnungszahl 4

Charakteristische Röntgenstrahlung • Strahlung (elektromagnetische Welle) mit einer definierten Wellenlänge für Röntgenbeugungsexperimente • Chemische Analyse mittels Röntgenfluoreszenz – Bestimmung der chemischen Zusammensetzung aus der Wellenlänge und Intensität der charakteristischen Röntgenstrahlung 5

Wechselwirkung Elektron – Festkörper Emission der Auger-Elektronen Ø Ionisation des Atoms durch die Energie des beschleunigten Elektrons Ø Emission eines Photons Ø Erneute Ionisation des Atoms durch die Energie des Photons 6

Wechselwirkung Elektron – Festkörper Zusammenfassung Ø Elastische Elektronenstreuung Ø Emission von Bremsstrahlung Ø Emission der charakteristischen Röntgenstrahlung Ø Emission von Auger-Elektronen 7

Wechselwirkung Photon – Festkörper Elastische Streuung der Photonen Photon hn Atom hn Ø Elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem Photon und den Elektronen im Atom Ø Keine Änderung der Energie (und der Wellenlänge) des gestreuten Photons Ø Röntgenbeugung und Röntgenstreuung Thomson-Streuung 8

Wechselwirkung Photon – Festkörper Photon Elektron Gestreutes Photon hn Compton-Streuung Gestreutes Elektron < hn mv Nichtelastische Streuung der Photonen Ø Zusammenstoß zwischen dem Photon und einem Elektron im Atom, bei dem das Photon einen Teil seiner Energie und seines Impulses an das Elektron übergibt Ø Die Energie des gestreuten Photons sinkt, seine Wellenlänge wird größer 9

Compton-Streuung 10

Wechselwirkung Photon – Festkörper Absorption des Photons hn DE I 0 Ø Die Energie des Photons wird dem Festkörper übergeben m, l I µ … linearer Schwächungskoeffizient [cm-1] ℓ … Dicke des Absorbers [cm] 11

Wechselwirkung Photon – Festkörper hn W+Ekin W … Austrittarbeit Photoeffekt Ø Das Photon bring Energie, die den Austritt eines Elektrons aus der Oberfläche des Festkörpers ermöglicht Ø Dies ist mit der Absorption des Photons verbunden Ø Die Wahrscheinlichkeit der Absorption des Photons hängt von der Energie ab Ø XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) 12

Wechselwirkung Photon – Festkörper Ionisation von Atomen Ø Das Photon bring Energie, die ein Atom in der Kristallstruktur ionisiert (ein Elektron wird abgerissen) Ø Dies ist mit der Absorption des Photons verbunden Ø Das „freie“ Elektron verhält sich als eine Welle, die im Material wiederum gestreut werden kann Ø EXAFS (Extended X-ray absorption fine structure) Ø NEXAFS - Near Edge X-ray Absorption Fine Structure Ø XANES - X-ray Absorption Near Edge Structure 13

Wechselwirkung Photon – Festkörper Röntgenfluoreszenz Ø Das Photon bring Energie, die ein Elektron im Festkörper anregt Ø Dies ist mit der Absorption des Photons verbunden Ø RFA (Röntgenfluoreszenzanalyse) Ø Das registrierte Energiespektrum enthält die spektralen Linien der Atome im analysierten Material 14

Wechselwirkung Photon – Festkörper Magnetische Röntgenbeugung Ø Nichtresonant: Streuung der Röntgenstrahlung an Spinmomenten Ø Resonant: Effekt der magnetischen Austauschaufspaltung unbesetzter Zustände in der Nähe der Fermi-Kante (resonante Austauschstreuung) 15

Wechselwirkung Photon – Festkörper Zusammenfassung Ø Elastische Röntgenbeugung und Röntgenstreuung (Thomson) Ø Nichtelastische Röntgenstreuung (Compton) Ø Absorption des Photons Ø Photoeffekt Ø EXAFS, NEXAFS, XANES Ø Röntgenfluoreszenz Ø Magnetische Röntgenbeugung 16

Wechselwirkung Neutron – Festkörper Elastische Neutronenstreuung Ø Wechselwirkung zwischen dem Neutron und dem Atomkern Neutron Ø Keine Änderung der Energie (und der Wellenlänge) des gestreuten Neutrons Atom Ø Nukleare (atomare) Neutronenbeugung und Neutronenstreuung 17

Wechselwirkung Neutron – Festkörper Nichtelastische Neutronenstreuung Ø Wechselwirkung der Neutronen mit Phononen (Gitterschwingungen) Ø (1) Neutron nimmt kinetische Energie durch Absorption des Phonons auf Ø (2) Neutron gibt einen Teil seiner Energie an Phonon über Ø Untersuchung der Kristallgitterschwingungen Energie: Impuls: 18

Wechselwirkung Neutron – Festkörper Magnetische Neutronenstreuung Ø Wechselwirkung zwischen dem magnetischen Moment des Neutrons (µ = 1, 91 µB) und dem magnetischem Moment des Atoms Magnetischer Moment des Neutrons Magnetischer Moment im Atom Ø Untersuchung der magnetischen Strukturen von Festkörpern Ø Immer noch öfter verwendet als die magnetische Röntgenstreuung 19