Reflectividad de rayos X
Reflectividad de rayos X (a veces conocido como reflectividad de rayos X especular , reflectometría de rayos X , o XRR ) es una técnica analítica sensible en superficie usado en la química , física , y ciencia de los materiales para caracterizar superficies , películas delgadas y multicapas . [1] [2] [3] [4] Es una forma de reflectometría basada en el uso de rayos X y está relacionada con las técnicas de reflectometría de neutrones y elipsometría .
El principio básico de la reflectividad de los rayos X es reflejar un haz de rayos X desde una superficie plana y luego medir la intensidad de los rayos X reflejados en la dirección especular (ángulo reflejado igual al ángulo incidente). Si la interfaz no es perfectamente nítida y suave, la intensidad reflejada se desviará de la predicha por la ley de reflectividad de Fresnel . A continuación, se pueden analizar las desviaciones para obtener el perfil de densidad de la interfaz normal a la superficie.
La técnica parece haber sido aplicada por primera vez a los rayos X por Lyman G. Parratt en 1954. [5] El trabajo inicial de Parratt exploró la superficie del vidrio recubierto de cobre, pero desde entonces la técnica se ha extendido a una amplia gama de ambos interfaces sólidas y líquidas.
Cuando una interfaz no es perfectamente nítida, pero tiene un perfil de densidad de electrones promedio dado por , entonces la reflectividad de rayos X se puede aproximar por: [2] : 83
Aquí es la reflectividad, , es la longitud de onda de rayos X (normalmente de cobre K-alfa pico a 0,154056 nm), es la densidad de profundidad dentro del material y es el ángulo de incidencia. Por debajo del ángulo crítico (derivado de la ley de Snell ), el 100% de la radiación incidente se refleja, . Para , . Por lo general, se puede usar esta fórmula para comparar modelos parametrizados del perfil de densidad promedio en la dirección z con la reflectividad de rayos X medida y luego variar los parámetros hasta que el perfil teórico coincida con la medición.
Para películas con múltiples capas, la reflectividad de los rayos X puede mostrar oscilaciones con Q (ángulo / longitud de onda), análogas al efecto Fabry-Pérot , aquí llamado franjas de Kiessig . [6] El período de estas oscilaciones se puede utilizar para inferir espesores de capa, rugosidades entre capas, densidades de electrones y sus contrastes , e índices de refracción complejos (que dependen del número atómico y el factor de forma atómico ), por ejemplo utilizando el formalismo de matriz de Abeles o el Parratt-formalismo recursivo de la siguiente manera:
