LEED (englisch Low Energy Electron Diffraction, deutsch „Beugung niederenergetischer Elektronen an Oberflächen“) ist eine physikalische Methode zur Untersuchung der Anordnung von Atomen an Oberflächen und in dünnen Filmen. Man nutzt hierbei den grundlegenden Effekt der Interferenz von Wellen aus, was zur Ausbildung von Beugungsmustern führt, die auf einem Beobachtungsschirm sichtbar gemacht werden.

Bei LEED werden Elektronenwellen benutzt, deren Wellenlänge im Bereich von etwa 0,1 nm (1 Ångström) liegt. Dies entspricht von der Größenordnung her den Abständen der Atome im Kristallgitter. Die Oberflächenempfindlichkeit der Methode wird durch die geringe Eindringtiefe der elastisch gestreuten Elektronen bewirkt, die im Bereich von 0,5 bis 1 nm liegt. Für Oberflächenuntersuchungen mit der LEED-Methode müssen Ultrahochvakuumbedingungen (UHV) mit Drücken von weniger als 10^-8 Pa herrschen, damit die Probenoberfläche von Verunreinigungen lange genug frei bleibt und Wechselwirkungen der Elektronen mit Gasmolekülen vermieden werden.

Die LEED-Apparatur

  Von einem heißen Filament werden Elektronen emittiert und durch eine Anode in Richtung Probe beschleunigt. Durch ein elektrostatisches Linsensystem wird der Elektronenstrahl fokussiert. Nachdem die Elektronen an der Probe gestreut wurden, werden die gebeugten Elektronen noch einmal in Richtung des Fluoreszenzschirms stark beschleunigt. Auf dem Schirm leuchtet an den Stellen der auftreffenden Elektronen Licht auf und macht das Beugungsmuster sichtbar.

LEED-Beugungsmuster

  Das LEED-Muster besteht im Idealfall aus scharfen Punkten, die symmetrisch angeordnet sind (da man aus Richtung der Elektronenquelle von hinten auf den Schirm blickt, ist diese immer im Zentrum des Blickfelds zu sehen). Aus der Symmetrie des Musters lässt sich auf die Symmetrie der Kristalloberfläche schließen. Je nach Probenpräparation kann man verschiedene Beugungsmuster beobachten, die verschiedenen Anordnungen von Atomen auf der Oberfläche entsprechen.

Siehe auch

• Oberflächenchemie
• Elektronenbeugung

Literatur

C. Davisson and L. H. Germer, Physical Review, December 1927, Diffraction of Electrons by a Crystal of Nickel, Volume 30, Issue 6, 705-740