РЕНТГЕНОВСКИЕ СТОЯЧИЕ ВОЛНЫ

РЕНТГЕНОВСКИЕ СТОЯЧИЕ ВОЛНЫ

- стоячие волны, возникающие в достаточно толстых монокристаллич. пластинах при падении на них «жёсткого» рентг. излучения (с длиной волны ~ 5-20 нм) под углом Брэгга (при выполнении Брэгга - Вульфа условий )и осуществлении в них динамич. дифракции рентгеновских лучей. Метод Р. с. в.- перспективный метод исследования структуры вещества.

Если на кристалл под углом Брэгга падает плоская волна рентг. излучения , то в объёме кристалла возникают когерентная суперпозиция этой волны идифрагиров. волны ( Е ₀, E_h - векторы напряжённости электрич. <поля падающей и дифрагиров. волн соответственно, k₀,k_h- их волновые векторы, r - радиус-вектор точки наблюдения, w- круговая частота, t - время, h -k_h,- k₀ - вектор обратной решётки, направленный перпендикулярноотражающим плоскостям, величина ,d - межплоскостное расстояние, п - порядок отражения).

Интенсивность I(z) поля излучения в Р. с. в. не зависит от t иравна

где z - координата вдоль вектора обратной решётки,- фаза комплексного отношения Е _h/Е ₀ -Значения отношения и фазы зависят от конкретных условий, в частности от степени выполнения условияБрэгга - Вульфа и геометрии дифракции. При дифракции в геометрии Лауэ (вектор h параллелен поверхности кристалла) возникают две Р. с. в., дляк-рых при точном выполнении условий Брэгга - Вульфа , а фазы равны нулю и .Соответственно в одной волне положения пучностей совпадают с положениематомных плоскостей (в первом порядке отражения), а во второй - пучностирасполагаются между атомными плоскостями.

При дифракции в геометрии Брэгга (вектор h перпендикулярен поверхностикристалла) в толстом кристалле, полностью поглощающем падающее излучение, <существует одна Р. с. в. Условие выполняется в нек-рой области углов падения - в т. н. области полного дифракц. <отражения (ПДО), причём фаза непрерывно меняет своё значение от нуля до при сканировании через эту область.

Возникновение в кристалле Р. с. в. приводит к существ. изменению всехпроцессов взаимодействия рентг. излучения с веществом, в первую очередьпроцессов неупругого рассеяния (фотоэлектрич. поглощения, комптоновскогорассеяния, теплового диффузного рассеяния). Эти изменения в свою очередьприводят к аномальной угл. зависимости интенсивности вылетающих из кристалларентг. фотоэлектронов, рентг. флуоресцентного излучения, диффузного излучения, <угл. зависимости рентгено-эдс и др. процессов. Типичные кривые угл. зависимостикоэф. рентг. отражения (кривая 1 )и интенсивности поля излучения на атомных плоскостях(кривая 2 )при дифракции в геометрии Брэгга приведены на рис. Кривая 2 описывается ф-лой (*) при z = 0, т. е. на поверхности кри-сталлич. <пластины. В области полного дифракц. отражения, т. е. когда ,изменение интенсивности обусловлено только монотонным изменением фазы от нуля до .При этом узлы и пучности Р. с. в. перемещаются на половину межплоскостногорасстояния.

Рентг. излучение при взаимодействии с веществом выбивает электроны восн. из внутр. оболочек атомов. Эти электроны сильно локализованы вблизиатомных ядер и реагируют на наличие поля излучения только вблизи ядра. <Поэтому угл. зависимость поглощения веществом рентг. излучения приближённоописывается кривой 2. В точке, для к-рой , поглощение резко уменьшается, что является причиной аномального пропусканияэффекта. Но наиб. ярко этот эффект проявляется в геометрии Лауэ, когдарентг. пучок падает под большим углом к поверхности кристалла, а коэф. <экспоненциального затухания интенсивности уменьшается в десятки раз.

Возникновение Р. с. в. следует из общей динамич. теории дифракции рентг. <лучей, разработанной П. П. Эвальдом (P. P. Ewald) и Ч. Дарвином (Ch. Darwin)в нач. 20 в., однако первым косвенным эксперим. доказательством их существованияявилось наблюдение X. Борманом (H. Borrmann) в 1941 эффекта аномальногопропускания. Наиб, прямое доказательство существования Р. с. в.- измерениевыхода вторичных излучений. Первый такой эксперимент был выполнен в 1962Б. В. Баттерманом (В. W. Battermann), к-рый измерял выход флуоресценцииGe придифракции Мо -излученияв кристалле Ge в геометрии Брэгга. Однако ему не удалось получить кривую 2, впервые она была получена в 1970 В. Н. Шепелевым, М. В. Кругловыми В. П. Прониным при измерении фотоэлектронной эмиссии в монокристаллахGe и Si.

Метод Р. с. в. используется для исследования структуры тонких приповерхностныхслоев монокристаллов, деформированных в результате внеш. воздействий (диффузиипримесей, ионной имплантации, эпитаксиального наращивания плёнок разл. <состава и т. д.). Этим методом изучают также структурное состояние примесныхатомов в кристаллах и адсорбиров. слоев на его поверхности, определяютстепень аморфизации приповерхностных слоев, измеряют разбухание кристаллич. <структуры, приводящее к сдвигу атомных плоскостей по сравнению с исходнымположением на малые доли ангстрема.

Ширина угл. области полного дифракц. отражения составляет величину порядкаугл. секунды (~0,5*10^-5 рад). Поэтому для эфф. развития методаразрабатывается прецизионная гониометрия, аппаратура (см. Рентгеновскийгониометр), работающая в автоматич. режиме и управляемая ЭВМ. С помощьюэтой аппаратуры кристалл можно поворачивать в прямом и обратном направленияхчерез положение полного дифракц. отражения в течение неск. ч, причём положениекристалла сохраняется с точностью до сотых долей угл. секунды. Разрабатываютсятакже новые эфф. счётчики вторичных излучений. Р. с. в. возникают такжепри динамич. дифракции др. типов излучений (электронов, нейтронов, ядерногогамма-излучения) с длиной волны ок. 10 нм.

Лит.: Ковальчук М. В., Кон В. Г., Рентгеновские стоячие волны- новый метод исследования структуры кристаллов, «УФН», 1986, т.149, с.69. В. Г. Кон.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.