Войти
Малоугловой sca скользящего падения Ттеринг (GISAS ) - метод рассеяния, используемый для исследования наноструктурированных поверхностей и тонких пленок. Рассеянный зонд представляет собой либо фотоны (малоугловое рассеяние рентгеновских лучей при скользящем падении, GISAXS ) или нейтроны (малоугловое рассеяние нейтронов при скользящем падении, ГИСАНЫ ). GISAS объединяет доступные масштабы длины малоуглового рассеяния (SAS: SAXS или SANS ) и поверхностную чувствительность дифракции скользящего падения (GID).
Геометрия эксперимента GISAS. Падающий пучок падает на образец под небольшим углом, близким к критическому углу полного внешнего отражения рентгеновского излучения. Интенсивный отраженный луч, а также сильное рассеяние в падающей плоскости ослабляются стержневым ограничителем луча. Диффузное рассеяние от образца (красная стрелка) регистрируется детектором площади. В качестве примера показано рассеяние от пленки блок-сополимера с перпендикулярными ламелями в плоскости детектора. Две доли рассеяния соответствуют латеральному ламеллярному периоду около 80 нм. Типичным применением GISAS является определение характеристик самосборки и самоорганизации на наномасштабе в тонких пленках. Системы, изученные GISAS, включают массивы квантовых точек, нестабильности роста, образующиеся во время роста in-situ, самоорганизованные наноструктуры в тонких пленках блок-сополимеров, мезофаз кремнезема и наночастиц..
GISAXS был представлен Левин и Коэн изучали обезвоживание золота, нанесенного на поверхность стекла. Этот метод был далее разработан Наудоном и его коллегами для изучения металлических агломератов на поверхностях и в заглубленных границах раздела. С появлением нанонауки быстро развились другие приложения, в первую очередь в области твердых материалов, таких как определение характеристик квантовых точек на поверхностях полупроводников и определение характеристик металлических отложений на поверхностях оксидов на месте. Вскоре за этим последовали системы мягкой материи, такие как ультратонкие полимерные пленки, смеси полимеров, пленки блок-сополимеров и другие самоорганизованные наноструктурированные тонкие пленки, которые имеют становятся незаменимыми для нанонауки и технологий. Будущие проблемы GISAS могут быть связаны с биологическими приложениями, такими как белки, пептиды или вирусы, прикрепленные к поверхностям или в липидных слоях.
В качестве гибридной техники GISAS объединяет концепции малоуглового рассеяния на пропускание (SAS), дифракции скользящего падения (GID) и диффузной рефлектометрии. От SAS он использует форм-факторы и структурные факторы. Из GID он использует геометрию рассеяния, близкую к критическим углам подложки и пленки, и двумерный характер рассеяния, что приводит к появлению диффузных стержней с интенсивностью рассеяния, перпендикулярных поверхности. При диффузной (незеркальной) рефлектометрии он разделяет такие явления, как пик Йонеды / Виньярда при критическом угле образца, и теорию рассеяния, приближение Борна с искаженной волной (DWBA). Однако, в то время как диффузное отражение остается ограниченным плоскостью падающего излучения (плоскость, заданная падающим лучом и нормалью к поверхности), GISAS исследует все рассеяние от поверхности во всех направлениях, обычно с использованием зонального детектора. Таким образом, GISAS получает доступ к более широкому диапазону боковых и вертикальных структур и, в частности, чувствителен к морфологии и предпочтительному выравниванию наноразмерных объектов на поверхности или внутри тонкой пленки.
Как частное следствие DWBA, рефракция рентгеновских лучей или нейтронов должна всегда приниматься во внимание в случае исследования тонких пленок из-за того, что углы рассеяния малы, часто меньше 1 град. Коррекция рефракции применяется к перпендикулярной составляющей вектора рассеяния по отношению к подложке, в то время как параллельная составляющая не изменяется. Таким образом, параллельное рассеяние часто можно интерпретировать в рамках кинематической теории SAS, в то время как поправки на преломление применяются к рассеянию вдоль перпендикулярных срезов рассеивающего изображения, например, вдоль рассеивающего стержня.
При интерпретации изображений GISAS возникает некоторая сложность при рассеянии от пленок с малым Z, например органические материалы на кремниевых пластинах, когда угол падения находится между критическими углами пленки и подложки. В этом случае отраженный луч от подложки имеет такую же силу, что и падающий луч, и, таким образом, рассеяние от отраженного луча от пленочной структуры может вызвать удвоение характеристик рассеяния в перпендикулярном направлении. Это, а также интерференция между рассеянием от прямого и отраженного лучей могут быть полностью учтены теорией рассеяния DWBA.
Эти сложности часто более чем компенсируются тем фактом, что динамическое увеличение интенсивности рассеяния имеет значение. В сочетании с простой геометрией рассеяния, когда вся важная информация содержится в одном изображении рассеяния, упрощаются эксперименты на месте и в реальном времени. В частности, самоорганизация во время роста МПЭ и процессы реорганизации в пленках блок-сополимеров под воздействием паров растворителя были охарактеризованы в соответствующих временных масштабах от секунд до минут. В конечном итоге временное разрешение ограничено потоком рентгеновских лучей на образцах, необходимым для получения изображения, и временем считывания детектора площади.
На многих источниках синхротронного света (например, SSRL, APS существуют выделенные или частично выделенные линии пучка GISAXS, CHESS, ESRF, HASYLAB, NSLS, Pohang Light Source), а также Advanced Light Source в LBNL.
На нейтронных исследовательских центрах GISANS все чаще используется, как правило, на малоугловых приборах (SANS) или на рефлектометрах..
GISAS не требует какой-либо специальной подготовки проб, кроме методы нанесения тонких пленок. Толщина пленки может составлять от нескольких нм до нескольких 100 нм, и такие тонкие пленки все еще полностью проникают рентгеновским лучом. Поверхность пленки, внутренняя часть пленки, а также граница раздела подложка-пленка доступны. Изменяя угол падения, можно определить различные вклады.
