Kurzfassung
Zur Untersuchung der elektronischen Struktur kondensierter Materie wurde die
Messung vollständiger dreidimensionaler Elektronenimpulsdichten (3D--EMD)
durch den koinzidenten Nachweis des comptongestreuten Photons mit dem
Rückstoßelektron unter Benutzung hochenergetischer Synchrotronstrahlung
durchgeführt.
Mit der konventionellen, nicht koinzidenten Methode der Comptonstreuung erhält
man durch die alleinige Messung der comptongestreuten Photonen die über
Ebenen senkrecht zum Streuvektor integrierte Impulsdichte der Elektronen,
das Comptonprofil J(pz).
Durch zusätzliche koinzidente Messung der Richtung des Rückstoßelektrons
kann die 3D--EMD bestimmt werden.
Diese Methode wird als \gamma e \gamma--Spektroskopie bezeichnet.
Wegen der kurzen mittleren freien Weglänge elastischer Streuung von Elektronen
am abgeschirmten Kernpotential in Festkörperproben sind die dünnsten
erhältlichen selbsttragenden Probensysteme mit Dicken im Bereich weniger nm
zur Vermeidung der die Richtungsinformation des Rückstoßelektrons
verfälschenden Vielfachstreuung erforderlich.
Um Elektronenenergien von über 50 keV und damit möglichst große mittlere
freie Weglängen zu erzielen, sind primäre Photonen mit Energien über
100 keV notwendig.
Aufgrund des kleinen Klein--Nishina--Wirkungsquerschnitts für die
inelastische Streuung von Photonen an freien Elektronen
können ausreichende koinzidente Zählraten nur an den modernsten zur
Erzeugung von hochenergetischen Photonen ausgelegten Synchrotronstrahlungsquellen
wie dem neuen Undulatorstrahl am PETRA--Speicherring bei DESY erzielt werden.
Zur Messung der Impulsdichte von Graphit wurde ein System zum Nachweis
von Photon--Elektron--Koinzidenzen entwickelt,
dessen Elektronenzweig den Impulsbereich der Valenzelektronen komplett erfaßt.
Eine Monte--Carlo--Simulation zur Berechnung des experimentellen
Auflösungselementes im Impulsraum macht den Vergleich mit theoretischen
Impulsdichten möglich.
Meßdaten einer durch Laser--Verdampfung und Kondensation
hergestellten 22 nm dicken Kohlenstoffolie zeigten eine gute Übereinstimmung
mit einer Pseudopotentialberechnung der Impulsdichte von Graphit.
Eine weitere g-e-g--Messung der 3D--EMD an einer durch Laser--Erhitzung
modifizierten 17 nm dicken Kohlenstoffolie wird mit (e,2e)--Daten verglichen,
die an demselben Probensystem gemessen worden sind.
Messungen an einer einkristallinen und im Vergleich mit der mittleren
freien Weglänge für Elektronenstreuung dicken Siliziumprobe von ca. 1 m
werden für zwei verschiedene Probenstellungen beschrieben.
Es wird experimentell bestätigt,
daß die Vielfachstreuung der Elektronen in dieser Probe einen signifikanten
richtungsabhängigen Anteil besitzt.
Ein Detektorsystem wird entworfen,
das bei höheren Primärenergien der Photonen als in den hier
beschriebenen Experimenten mit ausreichender Zählrate bei verbesserter
Granularität und Auflösung arbeitet.
Measurements of complete three dimensional electron momentum densities (3D--EMD) by coincident detection of a Compton scattered photon with the back scattered electron using high energy synchrotron radiation have been performed to investigate the electronic structure of condensed matter. In the conventional non-coincident method measuring of Compton scattered photons yields the electron momentum density integrated over planes perpendicular to the scattering vector, the so-called Compton profile J(pz). By additional coincident detection of the direction of the backscattered electron it is possible to determine the 3D--EMD. This method is called Gamma-e-Gamma--spectroscopy. Due to the short mean free path length of elastic scattering of electrons by the screened nucleon's potential within condensed matter targets the thinnest available self supporting samples with thicknesses in the range of a few nm are required to avoid multiple scattering falsifying the information of the recoil electron's direction. To reach mean free path lengths as high as possible primary photons of energies of about 100 keV are necessary to obtain electron energies above 50 keV. Due to the low Klein--Nishina--cross--section for the inelastic scattering of photons on free electrons sufficient coincident count rates are reached only at the most modern synchrotron radiation sources like the new undulator beam at the PETRA storage ring at DESY developed for generating high energy photons. To measure the electron momentum density of graphite, a photon and electron coincidence detection system has been developed, whose electron branch covers the momenta of valence electrons completely. A Monte--Carlo--simulation to calculate the experimental resolution element in momentum space allowed for comparison with theoretical momentum densities. Data taken on laser--evaporated and condensed 22 nm thick carbon foils showed good agreement with a pseudopotential calculation of the momentum density of graphite. Another measurement with the g-e-g--technique on a sample modified by subsequent laser--heating is compared with (e,2e)--data measured on the same system. Measurements on a monocrystalline and, compared to the mean free path length of electrons, thick silicon sample of about 1 m are reported for two crystal directions. It is experimentally verified that the multiple scattering of the electrons in the sample shows a significant direction-dependent contribution. A detector system is designed, which works at higher primary photon energies than the experiments described here with sufficient count rates at improved granularity and resolution.