Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

105 Untersuchung von Mikro- und Nanostrukturen 24.2 Bei der Heliummikroskopie verwendet man Helium- atome, die auf die Oberfläche eines Objektes gestrahlt werden. Dort werden sie an der Oberfläche gebeugt. Aus der Analyse des Beugungsbildes lässt sich zB auf die Gitterkonstante des Kristallgitters der Probe oder Defekte im Gitter schließen. Zur Erzeugung eines vergrößerten Bildes eines Objektes bedarf es wieder einer abbildenden Optik. Für Strahlen aus Heliumato- men lassen sich Glaslinsen nicht verwenden. Wieder versucht man mit Hilfe von Zonenplatten eine Fokus- sierung der Strahlen zu erreichen. Im Prinzip benützt man dabei die Beugung der Materiewellen von Heli- umatomen. Die Herstellung von Zonenplatten für He- liumatomstrahlen ist sehr schwierig, da dabei Struk- turgrößen von etwa 50 nm auftreten. A1 Wiederhole die Begriffe mittlere kinetische Ener- gie eines idealen Gases undWellenlänge von Materie- wellen! A2 Heliumatomstrahlen werden erzeugt, indemman Helium aus einem Behälter unter hohem Druck (ca. 100 bar) bei niedriger Temperatur (ca. 100 K) durch eine dünne Düse (Durchmesser etwa 10 µm) ins Va- kuum austreten lässt. Berechne die Wellenlänge von Heliumatomen mit der mittleren Energie für die ange- gebene Temperatur! Lineare und nichtlineare Spektroskopie Wenn Licht eine sehr dünne Schicht durchdringt, kann es durch mehrfache Reflexion innerhalb der Schicht und anschließende Überlagerung der Licht- wellen wegen der unterschiedlichen Lichtwege und der dabei auftretenden Gangunterschiede zu Interfe- renzerscheinungen kommen. 24.2.2 Abb. 105.1 Zonenplatte: Die lichtdurchlässigen Kreise sind so angeord- net, dass eine einfallende ebene Lichtwelle durch Beugung in einemPunkt (Brennpunkt) gesammelt wird. Abb. 105.2 Schlitze mit 50 nm Breite wurden aus einer etwa 130 nm dicken Siliziumfolie herausgeätzt, damit die Zonenplatte für Heliumatome durchlässig wird. Abb. 105.3 Interferenz an dünnen Schichten, Interferenz am Keil: Die benachbarten Wellenzüge weisen Laufzeitunterschiede auf, sie interferieren innerhalb der Kohärenzlänge. Die Laufzeit- unterschiede entsprechen der Zeit, die der Lichtstrahl braucht, um die Spalt- oder Keilbreite zweimal oder öfter zu durchlaufen – je nach Reflexion am dichteren oder dünneren Medium tritt ein Phasensprung im Reflexionslicht auf. Interferenz an dünnen Schichten Interferenz am Keil Laufzeitunterschied durch längeren Weg Abb. 105.4 Interferenz am Luftkeil zwischen zwei Glasplatten Abb. 105.5 Newtonglas: Newtonringe bilden sich aus, wenn zwischen einer ebenen und einer gekrümmten Glasplatte (Linse) keilförmige Luftschichten entstehen. Sowohl die Wellenzüge 1 und 2 im Reflexionslicht, als auch die Wellenzüge 3 und 4 im Durchlicht weisen Laufzeitunterschiede auf, die zur konstrukti- ven und destruktiven Interferenz führen. 1 2 3 4 Re exionslicht Durchlicht Laufzeitunterschied Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv