Elastic and inelastic scattering of neutral atoms from solid surfaces

Summary

The influence of lattice dynamics on the neutral atomsurface scattering is considered from a quantum-mechanical point of view beyond the DWB approximation. The repulsive part of the atomsurface potential is assumed to be a hard corrugated wall. Exact equations are then presented for the gas atom wave function, by making use of the extinction theorem. In an approximation which turns out to be equivalent to the potential scattering approximation, we show that the temperature dependence of the elastic-scattering cross-section may be entirely written in terms of a Debye-Waller factor (DWF) if only long-wave-length phonons are important. In the framework of the theory we discuss Beeby's assumption about the form of the DWF and show that it holds whenever the adiabatic hypothesis for the atom-surface scattering is valid.

Riassunto

Si considerano gli effetti della dinamica reticolare sullo scattering di atomi da superfici in un'approssimazione che va oltre l'approssimazione di onde distorte di Born. La parte repulsiva del potenziale atomo-superficie si assume dovuta a un muro duro corrugato. Si presentano quindi equazioni esatte per l'autofunzione dell'atomo incidente, usando il teorema di estinzione. Usando poi un'approssimazione che risulta equivalente a quella di scattering da potenziale, si mostra che la dipendenza dalla temperatura della sezione d'urto elastica può essere espressa in termini di un fattore di Debye-Waller se sono importanti solo fononi con grande lunghezza d'onda. Si discute poi l'approssimazione di Beeby sulla forma del fattore di Debye e si mostra che tale forma è valida se è valida l'ipotesi adiabatica.

Резюме

С квантовомеханической точки зрения вне рамок DWB приближения рассматривается влияние динамики решетки на рассеяние нейтральных атомов на поверхности твердых тел. Предполагается, что отталкивающая часть потенциала взаимодействия атома с поверхностью представляет жесткую гофрированную стенку. Выписываются точные уравнения для волновой функции атомов газа, используя теорему экстинкции. В приближении, которое оказывается эквивалентным приблжению потенциального рассеяния, мы показываем, что температурная зависимость поперечного сечения упругого рассеяния может беть полностью описана в терминах фактора Дебая-Уоллера, если только длинноволновые фононы являются важными. В рамках предложенной теории мы обсуждаем приближение Биби для фактора Дебая-Уоллера. Показывается, что указанное приближение справедливо повсюду, где имеет сплу адиабатическая гипотеаа для рассеяния атома на поверхности.