Рассеяние от шероховатых поверхностей

Рассеяние на шероховатости поверхности или рассеяние на шероховатости интерфейса — это упругое рассеяние частиц на шероховатой твердой поверхности или несовершенной границе раздела между двумя разными материалами. Этот эффект наблюдался в классических системах, таких как микрочастиц , рассеяние ^[1] а также квантовые системы , где возникают электронные устройства, такие как полевые транзисторы и квантовые каскадные лазеры . ^[2]

Классическое описание

В рамках классической механики шероховатая поверхность, такая как обработанная металлическая поверхность, хаотизирует функцию распределения вероятностей, управляющую поступающими частицами, что приводит к чистой потере импульса потока частиц. ^[3]

Квантовое описание

В рамках квантовой механики это рассеяние наиболее заметно в ограниченных системах, в которых энергии носителей заряда определяются расположением границ раздела. Примером такой системы является квантовая яма , которая может быть построена из сэндвича из разных слоев полупроводника. Таким образом, изменения толщины этих слоев приводят к тому, что энергия частиц зависит от их плоскостного расположения в слое. ^[4] Классификация шероховатости в заданном положении, $\Delta _{z}(\mathbf {r} )$ моделируют его как распределение Гаусса. , является сложным, но, как и в классических моделях, некоторые исследователи ^[5] Это предположение можно сформулировать в терминах среднего по ансамблю для некоторой заданной характерной высоты: $\Delta$ и длина корреляции, $\Lambda$ , такой, что

\langle \Delta _{z}(\mathbf {r} )\Delta _{z}(\mathbf {r'} )\rangle =\Delta ^{2}\exp \left(-{\frac {|\mathbf {r} -\mathbf {r'} |^{2}}{\Lambda ^{2}}}\right)

Типы рассеяния

Селективное рассеяние: При избирательном рассеянии рассеяние зависит от длины волны света. ^{[ нужна ссылка ]}

Рассеяние Ми : Теория Ми может описать, как электромагнитные волны взаимодействуют с однородно сферическими частицами. Однако теория однородных сфер совершенно не способна предсказать эффекты поляризации. ^[6]^[7] Когда размер молекул превышает длину волны света, результатом является неравномерное рассеяние света. ^{[ нужна ссылка ]}

Ламбертово рассеяние : этот тип рассеяния возникает, когда поверхность имеет микроскопические неровности, которые совершенно равномерно рассеивают свет во всех направлениях, в результате чего он кажется одинаково ярким со всех углов обзора.

Подповерхностное рассеяние . Этот тип рассеяния возникает, когда свет рассеивается внутри материала, прежде чем покинуть поверхность в другой точке.

Изотропное рассеяние кристаллов (также известное как порошковая дифракция ) : этот тип рассеяния происходит, когда каждая кристаллическая ориентация одинаково представлена в порошкообразном образце. Порошковая рентгеновская дифракция (PXRD) работает в предположении, что образец расположен случайным образом, так что каждая плоскость будет представлена в сигнале.

Примечания

^ Зоммерфельд, М., Хубер, Н. (1999) «Экспериментальный анализ и моделирование столкновений частиц со стенками». Международный журнал многофазного потока 25 (6), 1457–1489.
^ Валаванис, А.; Иконич, З.; Келсалл, Р.В. (2008), «Межподзонное рассеяние носителей в квантовых ямах n- и p -Si/SiGe с диффузными интерфейсами», Physical Review B , 77 (7): 075312, arXiv : 0908.0552 , Bibcode : 2008PhRvB..77g5312V , doi : 10.1103/PhysRevB.77.075312 , S2CID 118781380
^ Конан, Н.А., Канненгизер, О., Симонин, О. (2009) «Стохастическое моделирование множественных эффектов отскока при столкновениях частиц с шероховатыми стенками» International Journal of Multiphase Flow 35 (10), 933–945
^ Прейндж, RE; Ни, Цу-Вэй (1968), «Квантовая спектроскопия низкопольных колебаний поверхностного импеданса», Physical Review , 168 (3): 779–786, Бибкод : 1968PhRv..168..779P , doi : 10.1103/ PhysRev.168.779
^ Сакаки, Х.; Нода, Т.; Хиракава, К.; Танака, М.; Мацусуэ, Т. (1987), «Рассеяние на шероховатости поверхности раздела в квантовых ямах GaAs/AlAs», Applied Physics Letters , 51 (23): 1934–1936, Бибкод : 1987ApPhL..51.1934S , doi : 10.1063/1.98305
^ Йонас, М., и Фурнье, GR (2007). Показатели преломления и морфология водных частиц. Рассеяние света частицами в воде, 447–558. doi:10.1016/b978-012388751-1/50006-5
^ Твардовский; и др. (15 июля 2001 г.). «Модель для оценки объемного показателя преломления на основе коэффициента оптического обратного рассеяния и ее значение для понимания состава частиц в воде случая I и случая II» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 106 (С7): 14129–14142. Бибкод : 2001JGR...10614129T . doi : 10.1029/2000JC000404 – через Университет штата Мэн.

[1] Зоммерфельд, М., Хубер, Н. (1999) «Экспериментальный анализ и моделирование столкновений частиц со стенками». Международный журнал многофазного потока 25 (6), 1457–1489.

[2] Валаванис, А.; Иконич, З.; Келсалл, Р.В. (2008), «Межподзонное рассеяние носителей в квантовых ямах n- и p -Si/SiGe с диффузными интерфейсами», Physical Review B , 77 (7): 075312, arXiv : 0908.0552 , Bibcode : 2008PhRvB..77g5312V , doi : 10.1103/PhysRevB.77.075312 , S2CID 118781380

[3] Конан, Н.А., Канненгизер, О., Симонин, О. (2009) «Стохастическое моделирование множественных эффектов отскока при столкновениях частиц с шероховатыми стенками» International Journal of Multiphase Flow 35 (10), 933–945

[4] Прейндж, RE; Ни, Цу-Вэй (1968), «Квантовая спектроскопия низкопольных колебаний поверхностного импеданса», Physical Review , 168 (3): 779–786, Бибкод : 1968PhRv..168..779P , doi : 10.1103/ PhysRev.168.779

[5] Сакаки, Х.; Нода, Т.; Хиракава, К.; Танака, М.; Мацусуэ, Т. (1987), «Рассеяние на шероховатости поверхности раздела в квантовых ямах GaAs/AlAs», Applied Physics Letters , 51 (23): 1934–1936, Бибкод : 1987ApPhL..51.1934S , doi : 10.1063/1.98305

[6] Йонас, М., и Фурнье, GR (2007). Показатели преломления и морфология водных частиц. Рассеяние света частицами в воде, 447–558. doi:10.1016/b978-012388751-1/50006-5

[7] Твардовский; и др. (15 июля 2001 г.). «Модель для оценки объемного показателя преломления на основе коэффициента оптического обратного рассеяния и ее значение для понимания состава частиц в воде случая I и случая II» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 106 (С7): 14129–14142. Бибкод : 2001JGR...10614129T . doi : 10.1029/2000JC000404 – через Университет штата Мэн.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]