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2024-03-16T17:43:08Z

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Der englische Begriff {{lang|en|'''Low-Energy Electron Diffraction'''}} ('''LEED''', dt. „Beugung niederenergetischer Elektronen an Oberflächen“) bezeichnet eine [[physik]]alische Methode zur Untersuchung der Anordnung von [[Atom]]en an Oberflächen und in [[Dünne Schichten|dünnen Filmen]]. Man nutzt hierbei den grundlegenden Effekt der [[Interferenz (Physik)|Interferenz]] von [[Welle]]n gleicher [[Wellenlänge]] aus. Dieser führt zur Ausbildung von [[Beugung (Physik)|Beugungsmustern]], die auf einem Beobachtungsschirm sichtbar gemacht werden. LEED wird in der [[Oberflächenphysik]] und [[Oberflächenchemie]] benutzt.

== Geschichte ==
Das erste Experiment dieser Art wurde von [[Clinton Davisson|Davisson]] und [[Lester H. Germer|Germer]] im Jahr 1927 an einem [[Nickel]]-[[Einkristall]] an den [[Bell-Laboratorien]] durchgeführt und erbrachte den ersten Nachweis des [[Wellencharakter]]s der [[Elektronenstrahlung]] ([[Davisson-Germer-Experiment]]).<ref>{{Literatur |Autor=C. Davisson, L. H. Germer |Titel=Diffraction of Electrons by a Crystal of Nickel |Sammelwerk=Physical Review |Band=30 |Nummer=6 |Datum=1927 |Seiten=705–740 |DOI=10.1103/PhysRev.30.705}}</ref>

LEED benutzt [[Elektron]]en mit einer [[Materiewelle|De-Broglie-Wellenlänge]] <math>\lambda</math> im Bereich [[Atomabstand|atomarer Abstände]], rund 0,1 [[Nanometer|nm]]. Der Zusammenhang mit der Energie <math>E</math> des Elektronenstrahls ist

:<math>\lambda = \frac{h}{\sqrt{2mE}}</math>

mit
* der [[Planck-Konstante]] <math>h</math>
* der [[Elektronenmasse]] <math>m</math>.

Geeignete Energien liegen also in der Größenordnung von 100 [[Elektronenvolt|eV]]. Bei dieser Energie ist die [[Eindringtiefe #Elektromagnetische Wellen|Eindringtiefe]] der elastisch [[Streuung (Physik)|gestreuten]] Elektronen gering, im Bereich von 0,5 bis 1 nm, was die Methode sehr oberflächenempfindlich macht. Um die Oberfläche atomar sauber zu halten, wird im [[Ultrahochvakuum]] (UHV) gearbeitet.

== Die LEED-Apparatur ==
[[Datei:Leed schema.png|mini|Schema eines LEED-Experiments]]
Von einem heißen [[Glühkathode|Filament]] oder besser einer scharfen Spitze – kalte [[Feldemission]] liefert eine engere Energieverteilung – werden Elektronen emittiert und durch eine [[Anode]] in Richtung [[Prüfkörper|Probe]] beschleunigt. Durch ein [[Elektronenoptik|elektrostatisches Linsensystem]] wird der Elektronenstrahl [[fokus]]siert. Dabei liegen die [[lateral]]en [[Auflösung (Messtechnik)|Auflösungen]] im Bereich [[Meter #Mikrometer|μm]] bis mm.

Nachdem die Elektronen an der Probe gestreut wurden, passieren die gebeugten Elektronen vor dem [[Leuchtstoff|Leuchtschirm]] ein [[Steuergitter|Gitter]] auf dem [[Massepotential]] des Probenhalters, das eine Verzerrung des Beugungsmusters verhindert, und ein retardierendes Gitter, an dem die inelastisch gestreuten Elektronen reflektiert werden; die elastisch gestreuten Elektronen passieren und werden auf den Schirm beschleunigt. Die [[Beschleunigungsspannung]] von mehreren Kilovolt sorgt für ein helles Bild. Gegen den [[Durchgriff (Elektrotechnik)|Durchgriff]] der Beschleunigungsspannung, für eine bessere Energieauflösung, ist das retardierende Gitter doppelt ausgeführt.

== LEED-Beugungsmuster ==
Das LEED-Muster besteht im Idealfall aus scharfen Punkten, die [[Symmetrie (Geometrie)|symmetrisch]] angeordnet sind. Sehr oft ist die [[Elektronenkanone]] mittig vor dem Schirm angebracht und verdeckt daher, bei senkrechtem Einfall der Elektronen auf die Probe, den sehr hellen Reflex 0. Ordnung.

<gallery mode=packed>
Leed muster.png|LEED-Beugungsmuster von [[Siliciumcarbid]] bei 170 eV
LEED pattern of CO on Platinum-Rhodium (100) surface, E = 94 eV.JPG|94-eV-LEED-Beugungsmuster einer mit CO bedeckten [[Millersche Indizes|(100)]]-[[Platin]]-[[Rhodium]]-Oberfläche.
</gallery>

Aus der Lage der Reflexe ergibt sich nur die Form und Größe der [[Elementarmasche|2D-Einheitszelle]], siehe [[Ewald-Kugel]]. Da neben dem [[Substrat (Materialwissenschaft)|Substrat]] auch [[Überstruktur]]en (durch [[Oberflächenrekonstruktion|Rekonstruktion]] oder von [[Adsorbat]]en) abgebildet werden, können in Abhängigkeit von der Präparation verschiedene Beugungsmuster beobachtet werden.

Die [[Intensität (Physik)|Intensitäten]] der Reflexe variieren deutlich mit der Energie der Elektronen. Zu einer [[Strukturbestimmung|Bestimmung der Struktur]] werden die Muster bei vielen Energien mit einer Kamera aufgezeichnet und aus den Aufnahmen die Intensität von Reflexen bestimmt. Indem man diese experimentellen Intensitätskurven mit berechneten vergleicht, lässt sich die Struktur der Oberfläche bestimmen. Je mehr Reflexe erfasst werden und je größer der Energiebereich, umso genauer die Strukturbestimmung.

Die Berechnungen gehen von einem Strukturmodell aus und sind komplex, weil Mehrfachstreuung berücksichtigt werden muss. Diese Berechnungen werden ''dynamisches LEED'' genannt.<ref>{{Literatur |Autor=Michael A. Van Hove, William H. Weinberg, Jiming Zhan, W. H. Weinberg, C.-M. Chan |Titel=Low-energy electron diffraction : experiment, theory, and surface structure determination |Verlag=Springer-Verlag |Ort=Berlin/Heidelberg/New York/London/Paris/Tokyo |Datum=1986 |ISBN=0-387-16262-3 |Seiten=}}</ref>

== Medium energy electron diffraction ==
Bei der {{lang|en|[[medium energy electron diffraction]]}} (MEED) beobachtet man das Multilagen-Oberflächenwachstum in Abhängigkeit von der Zeit mit Elektronenbeugung. Wachsen die Schichten [[Monolage]] für Monolage auf der Oberfläche ([[Schichtwachstum|Frank-van-der-Merwe-Wachstum]]), dann ändert sich der Ordnungsgrad der Oberfläche periodisch. Bei vollständig abgeschlossenen Lagen ist die [[Fernordnung]] am größten, also auch die Intensität des Beugungsreflexes. Dadurch erhält man in bestimmten Intervallen mehr oder weniger Beugungsreflexe, die auf das Monolagenwachstum als Funktion der Zeit schließen lassen.

== Weblinks ==
* [http://www.fhi-berlin.mpg.de/KHsoftware/LEEDpat/index.html LEEDpat4] (Kostenlose LEED-Simulations-Software)

== Literatur ==
* John Brian Pendry: ''Low Energy Electron Diffraction. The Theory and Its Application to Determination of Surface Structure.'' (= ''Techniques of physics.'' Bd. 2) Academic Press, London 1974, ISBN 978-0-12-550550-5.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4074082-1|LCCN=sh86005561}}

{{SORTIERUNG:LEED}}
[[Kategorie:Oberflächenphysik]]
[[Kategorie:Spektroskopisches Verfahren]]
[[Kategorie:Kristallographie]]

Low-Energy Electron Diffraction - Versionsgeschichte

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