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P. Knoll, Vorlesung: Anregungen im Festkörper ........ 2std. SS03 Seite 26 b) extrem relativistische Teilchen: (Ruhemasse M=0, v~c) (z.B. Photonen) Energie-Impulsbeziehung: ω = ck daraus folgt: 2 2 2 [ i(cos 1) i (cos 1) ] ± ∆ω = ck ϑ − ± k ϑ − + ∆k Je nach Wahl der Streugeometrie (Winkel ϑ) können verschiedene Bereiche der Brillouinzone untersucht werden. Man unterscheidet: Vorwärtsstreuung: ϑ = 0 Rückwärtsstreuung: ϑ = π 90o-Streuung: ϑ = π/2 verschiedene inelastische Streumethoden: inelastische Neutronenstreuung: Wechselwirkung: Stoß mit Atomrümpfen, magnetische Wechselwirkung (Spin) Untersuchung von: Atomschwingungen (Phononen), magnetischen Anregungen (Magnonen) aber auch von Kristallfeldaufspaltungen von z.B. Seltenen Erden etc. Experiment: Hochflussreaktoren für kontinuierliche Experimente oder gepulste Neutronenquellen 3 Achsenspektrometer; konst. Energiescan (Bestimmung von Kohärenzlängen) konst. Impulsscan (Bestimmung von Lebensdauern) Eigenschaften: Hoher Impulsübertrag bei geringem Energieübertrag Großes Probenvolumen erforderlich (ca. 1cm 3 ) inelastische Elektronenstreuung (EELS Electron Energy Loss Spectroscopy), (Auger-Spekroskopie): Wechselwirkung: Coulombwechselwirkung: schnelle Elektronen lichtartig langsame Elektronen Austauschwechselwirkung magnetische Wechselwirkung (Spin) für lichtartige Wechselwirkung: dσ/(dΩdω) ∝S(q,ω) S(q,ω) ist der dynamische Strukturfaktor und ist die ω-Fourierkomponente der <strong>Di</strong>chte-<strong>Di</strong>chte-Korrelationsfunktion. Für geladene Teilchen kann dies auf die dielektrische Funktion zurückgeführt werden: S(q,ω) ~ q 2 Im{1/ε(q,ω)} Auger-Prozess: Ein Elektron rekombiniert mit einem energetisch tiefer liegenden Zustand und gibt den Energieunterschied an ein anderes Elektron als kinetische Energie ab. Untersuchung von: elektronischen Anregungen, Plasmonen, Oberflächenplasmonen, Corelevelanregungen, Schwingungsspektroskopie von Adsorbaten, magnetische Anregungen etc. Experiment: Vakuumapparatur mit Elektronenquelle (Glühkathode), Energieanalysator, Beschleunigungsspannungen, Abbremsspannungen, Energieananlysator Eigenschaften: Hohe Wechselwirkung mit Materie, geringe Eindringtiefe, Oberflächenanalysen, dünne Proben für Vorwärtsstreuung, hoher Energieübertrag bei mittlerem Impulsübertrag inelastische Streuung mit Photonen (Ramanstreuung, Brillouinstreuung) (Lumineszenz): Wechselwirkung: Ladungen (der Elektronen) mit dem elektrischen Feld des Lichtes. allgemeiner: Impulsänderung der Elektronen durch das Vektorpotential A des Lichtes:
P. Knoll, Vorlesung: Anregungen im Festkörper ........ 2std. SS03 Seite 27 Raman Effizienz: S = (1/V s ) (dσ/dΩ) mit Beiträgen von A 2 und pA Termen. S ~ a 2 mit dem Ramantensor a. Für phononische Ramanstreuung ist a ~ dε/dQ wobei Q die Normalkoordinate des Phonons ist. Lumineszenzprozeß: Elektronen rekombinieren strahlend in ein tieferliegendes Niveau Untersuchung von: Schwingungen (Phononen), elektronischen Anregungen (Einteilchen, Plasmonen), Spinanregungen (Magnonen) etc. Experiment: Laser als Strahlquelle, Analyse des an der Probe gestreuten Lichtes mit Monochromator und Photonendetektor (Halbleiterdioden, Photomultiplier, CCD Kameras etc.) Eigenschaften: Hoher Energieübertrag bei vernachlässigbarem Impulsübertrag, Untersuchungen im Zentrum der Brillouinzone, hohe Energieauflösung, große Empfindlichkeit, kleinstes Probenvolumen, Bulkuntersuchungen und Oberflächenanalysen.
Seite 1 und 2: P. Knoll, Vorlesung: Anregungen im
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