Отражение света - Кизель В.А.
Скачать (прямая ссылка):
ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА ОТ МЁТАЛЛОВ
235
области от 4 до 24 мк (соплт - соответственно от 15 до 2).
При отражении определенную роль играет также анизотропия металла; теория отражения для этого случая рассмотрена на примитивной модели поверхности Ферми [133]; в работе [134] дан обзор экспериментальных данных.
Некоторые соображения об отражении от сверхпроводящих металлов имеются в работах [116, 135, 136]. Экспериментально отличий от обычных металлов в отражении обнаружить не удалось.
Отражение от жидких металлов интерпретируется легче, чем от твердых. Здесь существенно легче получить чистые гладкие поверхности; аномальности скин-эффекта проявляются в меньшей мере, а чаще, как было сказано выше, вообще отсутствуют в видимой части [137, 138]. Так же обстоит дело и для аморфных металлов.
В цитированных работах, а также в [139-142] исследовалось, в частности, отражение жидкой ртутью. Обнаружена существенная разница в отражении света жидкой и кристаллической ртутью. Изменение симметрии (потеря трансляционной симметрии при плавлении) существенно влияет на поглощение энергии при межзонных переходах и меняет проводимость и отражение. То же отмечалось при плавлении олова и свинца -концентрация электронов проводимости менялась втрое.
Применять для металлов описанные в § 23 и 24 методы исследования структуры поверхности трудно потому, что свет, отраженный от металла, поляризован эллиптически, и обнаружить малую эллиптичность, создаваемую поверхностными эффектами на фоне большой, чрезвычайно сложно.
Однако показано хорошее согласие результатов с^ классическими формулами (28.10) и (28.11), т. е. нор-* мальный характер скин-эффекта (средняя длина пробе-
О О
га - порядка 7 А, глубина проникновения ~ 30-150 А,
О
межионное расстояние ~3 А), но отмечены некоторые отступления в абсолютных значениях R и угловых зависимостях от результатов расчета без учета поверхностного слоя (и расхождение между константами, полученными по измерениям R и по эллипсометрии).
236
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ
[ГЛ. в
Был проведен расчет в предположении о существовании поверхностного слоя с проводимостью р(г), меняющейся по так называемому "профилю Эпштейна" (применяемому в теории ионосферы, см. в гл. 5, § 21, п. В и ссылку [1]):
I спов ^
^объемы \ . , г// b
1 + е • J
где опов - параметр, характеризующий поверхность. Из-за математических трудностей этот профиль аппроксимировался совокупностью однородных слоев.
Предположение обосновано тем, что данные о (довольно значительном) поверхностном натяжении ртути приводят, в согласии с изложенным в § 24, к выводу о существовании на поверхности жидкой ртути поверхностного слоя (несколько атомных слоев) с повышенной плотностью [142]. В этом же слое происходит и тот спад плотности электронного облака, о котором говорилось выше.
Согласие с опытом было получено при вполне прав-
О
доподобных значениях I (порядка 2-6 А). Это показывает, что вопрос о естественной (не связанной с обработкой) структуре поверхности и для металлов весьма важен - главным образом, конечно, при малой длине свободного пробега, т. е. нормальном скин-эффекте. (Длина пробега должна быть сравнима с толщиной слоя.)
Этот поверхностный слой особенно сильно меняется при плавлении [140], что вполне подтверждает изложенные в § 25 предположения; именно это и вызывает существенное изменение отражения при плавлении. Таким образом, и для металлов картина, представленная в § 23-25, видимо, качественно пригодна.
Все изложенное относится к чистой поверхности. Роль загрязнений, как и дефектов, вызванных полировкой, весьма велика. Отражение рентгеновских лучей при очень больших углах (ф>89°40/), по-видимому, позволяет исследовать структуру слоев (и наличие примесей)
О
толщиной 10-200 А, т. е. как раз тех слоев, в которых и происходит отражение. Например, в работе [143] показано, что глубина слоя окиси на меди достигает по-
ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА ОТ МЕТАЛЛОВ
237
рядка 150 А. В работе [2] глубина текстуры при шлифовке оценена электронографически примерно в 10 мк. При пользовании специальными тонкими абразивами эта глубина может быть снижена (при особой тщатель-
О
ности) до 200-500 А. Очевидно совершенно необходима электрополировка; при этом снимают 25-100 мкм.
Появлялись работы, в которых наблюдалось отражение от неупорядоченных бинарных сплавов и прослеживался по отражению ход их упорядочения; и здесь отражение оказывается тоже весьма чувствительным к упорядочению на поверхности [144, 145]. В поверхностях покрытий сложного состава наблюдалось старение поверхности из-за образования интерметаллических соединений; в [146] это старение замечается по отражению.
Большую роль в отражении играет возбуждение поверхностных плазмонов - оно снижает отражение вблизи резонансов (см. гл. 2, ссылка [15]) [147-150]. Эти эффекты особенно сказываются при наличии шероховатостей (возникают компоненты поверхностных токов, нормальные к поверхности). Теоретический анализ в последнее время проведен в работе [151] '). О поверхностных состояниях в сверхпроводниках см. [153].
