
【化】 ion scattering analysis (ISA)
离子散射分析(Ion Scattering Analysis)是一种基于带电粒子与材料表面原子相互作用的分析技术,其核心原理是通过测量入射离子束与样品碰撞后的能量及角度分布,推算材料表面成分、结构及缺陷信息。该技术广泛应用于半导体、薄膜材料及表面科学领域,具有非破坏性、高灵敏度等特点。
离子散射遵循卢瑟福散射定律,散射离子的能量损失与靶原子质量相关。计算公式为: $$ frac{E}{E_0} = left( frac{costheta + sqrt{left( frac{M_2}{M_1} right) - sintheta}}{1 + frac{M_2}{M_1}} right) $$ 其中$E_0$为入射能量,$E$为散射能量,$M_1$和$M_2$分别为入射离子与靶原子质量,$theta$为散射角。
优势包括可同时获取成分与结构信息、无需样品预处理;主要局限为对轻元素灵敏度较低,且需要超高真空环境(数据来源:德国马普学会固体研究所技术报告)。
离子散射分析(Ion Scattering Spectroscopy,ISS)是一种通过测量离子与材料表面原子相互作用后的能量变化,来研究材料表面成分和结构的分析技术。以下是其核心要点:
离子散射分析基于弹性碰撞理论。当低能离子束(如He⁺、Ar⁺等)撞击材料表面时,与表层原子发生弹性碰撞。散射离子的能量损失与靶原子的质量相关,满足动量守恒关系: $$ ΔE = E_0 cdot frac{4M_1M_2}{(M_1+M_2)} cosθ $$ 其中,$E_0$为入射能量,$M_1$、$M_2$分别为入射离子和靶原子质量,$θ$为散射角。通过测量散射离子的动能,可反推出表面元素的种类。
该技术因无需复杂样品制备,已成为表面科学和材料研发的重要工具,尤其在需要无损检测的场合优势显著。
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