145

(Aus dem Forschungsinst i tut der AEG, Berlin.)

Ubor se lokt ive A b s o r p t i o n und R e f l e x i o n langsamer E l e k t r o n e n an Metal len.

Von E. Rupp in Berlin.

Mit 14 Abbilclungen. (Eingegangen am 13. September 1929.)

Gelegentlich der Versuehe zur Elektronenbeugung an diinnen Metullfilmen wurde eine noch gut me,bare Darehl~Lssigkeit dieser Fihne gegeniiber ]angsamen Elektronen gefunden (40 bis 4Volt), derart, daf die verschiedenen Metalie Absorptionsmaxima ftir Elektronen gewisser Geschwiadigkeitsgebiete aufweisen. Eine Ausdehnung der Versuehe auf die Reflexion langsamer Elektronen an denselben Filmen fiihrte zu dem Ergebnis*, dab die Absorptionsmaxima in Reflexion ebenfalls erseheinen. Man finder also fiir Elektronen eine iihn]iche Gesetzm~il]igkeit wie fiir Lieht: Was gut absorbiert, reflektiert gut bei gleieher Elektronenenergie. Die Versuehsanordnung, mit der diese selektive Absorption und Reflexion gefunden wurde, ist in w und 3 be- schrieben. Die Ergebnisse werden in w 6 und 7 mitgeteilt, wobei die verschiedenenS[etalle naeh ihrer Stellung in den Vertikalreihen des periodischen Systems geordnet sind. Eine Zuriiekfi]hrung der selektiven 3faxima auf bekannte GrSfen des Metallatoms oder des MetalIgitters ist noeh nicht gelungen. Es kann nieht entsehiedenwerden, ob es sieh um eine dem Ramsauereffekt der Metallatome entsprechende Erscbeinung handelt oder um eine neue Erscheinung des 5[etallgitters. Wahrscheinlichkeit hat die Erklarung, daft man es mit Absorptionsbanden der ~ul~eren Dispersionselektronen d er )Ietallatome zu tun hat, die in ihrer Voltlage durch d as Gitter etwas modifiziert sind.

1. Eine Untersuchung der Durchi~tssigkeit diinner Metallfolien

unterhalb 100Vol t ist his vor kurzer Zeit noch nicht in Angriff ge-

nommen worden, da die Voraussetzung nicht erfii]lt war, die Herste]lung

geniigend diinner Metallfi]me. iNachdem man aber Metal]filme tei]s durch

elektrolytisehe Verfahren, tells dutch Aufdampfen im Hoehvakuum bis

zu einer Schich~dicke von 10 - 2 cm herab herzustellen gelernt hat, ist es

mSglich geworden, Erscheinungen des Elektronendurchganges zu ver-

folgen**.

Aus dem hieran sich ansehliei3enden Problemkreis sei in der vor-

liegenden Untersuchung die Frage herausgegriffen: Welche Abhangigkeit

besteht zwisehen der Voltgeschwindigkeit der auf die Folie auftreffenden

Elektronen und der durchgegangenen Elektronenmenge? Dabei werden

nur dieienigen Elektronen gemessen, die die Folie ohne wesent]iehe

Gesehwindigkeitsverluste durchlaufen haben. Die Gesehwindigkeit der

auftreffenden Elektronen wird zwisehen 40 und 4 Volt variiert. Das

wiehtige Ergebnis dieser Untersuchung ist das Auftreten selektiver Ab-

* Siehe Naturw. 17, 365, 1929. ** A. Becker , Ann. d. Phys. 84, 779, 1927; E. Rupp, ebenda 8~, 98], 1928.

Zeitsehrift fiir Physik. Bd. 58. 10

146 E. Rupp,

sorptionsmaxima bei kleinen Elektronengeschwindlgkeiten. Diese Absorp- tionsmaxlma sind ftir die versehiedenen Metalle charakteristisch; Metalle der gleichen Vertikalreihe des periodischen Systems haben ahnliche

Absorpt!onskurven. Naeh Kenntnis der Absorptionskurven wurden die Versuche aueh

auf die Reflexion der Elektronen an denselben Metallfolien ausgedehnt. Im Gegensatz zur Absorption liegen fiber die Reflexion langsamer Elek- tronen versehiedene altere Untersuehungen vor; so die Untersuehung yon A. G e h r t s * fiber Reflexion an Kupfer, Kobalt, Blei uncl Aluminium. Die yon G e h r t s mitgeteilten Zahlen an Aluminium weisen auf ein selek- rives Maximum tier Re[lexion fiir Elektronen yon etwa 10 Volt hin. Bei allen Reflexionsuntersuchungen ist gerelnigte Oberflache Vorbedingung.

IJber den Einflufi der 0berflaehenreinigung hat E. F a r n s w o r t h * * Ver- suehe mitgeteilt. Aueh hierbei ist an Aluminium ein Maximum tier Reilexion bei etwa 10 Volt gefunden worden. Bei allen bisherigen Ver- suehen wurde stets die gesamte Elektronenmenge gamessen. Im Gegen- satz hierzu werden bier nur dieienigen Elektronen untersucht, die ohne

wesentliche Geschwindigkeitsverluste reflektiert worden sind. Das Ergebnis der Reflexiousmessungen kann dahin zusammengefal~t

werden, dal~ die Absorptionsmaxima der Metalle bei Elektronendurchgang dutch dfinne Folien in Reflexion bei der gleiehen oder nahe der gleichen Voltgesehwindigkeit wledergefunden werden. Absorption und Reflexion gehen also parallel. Qualitatlv gilt der Satz: Elektronen, die in elnem gewissen Geschwindigkeitsgebiet gut absorbiert werden, werden such gut

reflektiert. Erklarungsmiigliehkelten dieser Versuehsergebnisse werden in w 7

diskutiert. 2. V e r s u c h s a n o r d n u n g zur A b s o r p t i o n s m e s s u n g l a n g s a m e r

E l e k t r o n e n . Es soll die durch die Metalliolie hindurchgegangene Elek- tronenmenge als Funktion der auftreffenden Elektronengesehwindigkeit gemessen werden, und zwar sollen nut solehe durchgegangene Elektronen zur Messung gelangen, die keiue wesentliehen Geschwindigkeitsverluste uud keine Winkelablenkungen erlitten haben. Dureh diese Forderung ist die Versuchsanordnung festgelegt, wie sie in Fig. I a skizziert ist.

Von einem Glfihdraht G mit ~quipotentialkathode aus Wolfram gehen Elektronen durch die zwei Blenden B (0,5 mm Durchmesser) und treffen die dfinne Metallfolie F. Die dureh die Folie hindurebgegangenen Elektronen

* A. Gehrts , Ann. d. Phys. 86, 995, 1911. ** H. E. Farnsworth , Phys. Rev. 20, 358, 1922 und 25, 41, 1925.

Uber selektive Absorption und Reflexion langsamer Elektrone- an Metallen. 147

werden im Auffanger A elektrometrisch gemessen. Vor dem Auffanger A

wird das Netz M a u f eine negative Gegenspannung aufgeladen. Das Gegenfeld Vg ist stets Vg ------ 0,9. V, so daI~ anr die Elektronen, die keinen oder bis zu 10% Gesehwindigkeitsverlust erlitten haben, in den Auf- ranger gelangen kiinnen. Der Ausdruek, ohne wesentliehe Geschwindigkeits- verluste" soll diese Elektronen charakterisieren. Der Gltihdraht ist auf negatives Potential gebracht; die Blenden B, die Folie F and die Htille H sind geerdet.

t H

- V o o H . O N =O.gY

A EG K 16309

Fig. lla. Absorptionsmessung.

B

4 [ _ lrJ_ - �9 . . . . . . ~-"-~-~ = ~ ~'~H fo IV

A g 6 / f 16,310

Fig. lb. Reflexionsmessung.

Die diinnen Metallfilme werden durch A_ufdamp[en im Hochvakuum auf Steinsalzplat~en hergestellt. Ihre Dicke wird nich~ gemessen, abet es werden stets die dfinnsten mit dem betreffenden Metall hers~ellbaren Folien ausgewi~hlt. Die Foliendicke beeinfhl~t die Schiirfe der selektiven Absorptionsmaxima ziemlich stark, nich~ iedoeh deren Voltlage. Aus diesem Grunde wird die Absorption nur in re]aiivem Marl ermittelt und die meiste Sorgfalt auf genaue Festlegung der Voltskale verwende~. Dazu wurde die Apparatur mit Helium geeicht. Der Feh]er in der Voltskale info]ge der Geschwindigkeitsverteilung der Elek~ronen bleibt bestehen. Aus diesem Grunde wurden unterhalb 4 his 5 Volt keine Messungen durchgefiihrt. Ein weiterer Fehler besteht darin, da~ die versehiedenen Metallfolien ein verschiedenes Kontaktpoten~ia] gegeniiber den Metallteilen haben. Da die Eichung mit Helium bei Fehlen der Folie durchgefiihrt wurde, ist dieser Fehler in allen ~[essungen enthalten. Dasselbe gilt von den Re~lexionsmessungen.

10"

148 E. Rupp,

Die Metallteile und die Folien werden zuerst in Wasserstoff mittels Hochfrequenzheizung erhitzt und danaeh im gochvakunm gegliiht. Bei den Metall[olien, die durch Wasserstoff angegriffen werden kSnnten, wird nur die Heizung im ttochvakuum durchgefiihrt. Wghrend des Versuches bleibt die RShre an der Stahlpumpe bei Ktihlung mit f]iissiger Luft.

3. V e r s u c h s a n o r d n u n g zur R e ~ l e x i o n s m e s s u n g m i t l a n g - s amen Ele k t ronen . Es sol] die an der Metallfolie re[lektlerte Elektronen- menge in Abh~ngigkeit yon der Voltgeschwindigkeit tier auftretfenden

Elektronen ermittelt werden, wobei nur die Elektronen zur Messung gelangen, die keine wesentlichen Geschwindigkeitsverluste und Winkel-

ablenkungen erlitten haben. Die Versuchsanordnung zur Erfiillung dieser Bedingungen gibt Fig. 1 b.

Der Gliihdraht G i s t eine Xquipotentialkathode, ein dtinnes Wolfram- blech, an alas zwei dtinne Wol[ramdrahtchen angeschweil~t sind. Die drei Blenden B haben 0,5 mm Durchmesser. Der Winkel B F A betr~gt etwa 5 ~ so dal~ die Fordernng, nur unabgelenkte Elektronen za messen, genfigend

erftillt ist. Am Netz iV liegt die Gegenspannung Vg ~ 0,9. ~, wenn V die Spannung am Glfihdrah~ G. Die Blende/3, die Folie F nnd die tttilse H

sind geerdet.

Zur Reinigung der Oberilache werden die Fo]ien zum Tell in WasserstoH gegliiht. Alle Folien werden im ttochvakuura dutch Hoch-

frequenzheizung und daran~ durch Elektronenbeschie]ung stark erhitzt. Die Re[lexionsmaxima treten mit zunehmender Reinigung besser hervor. Es ist nicht mSglich, ~iir die verschiedenen Metalle maximale Reinigung zu erreichen; Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt sind naturgemfil] nicht so gut entgast, wie solche mit hohem. Bei Metallen mR niedrigem Schmelzpunkt ist versucht worden~ dutch ]~ngere Elektronenbeschiel~ung wenigstens eine 0berfl~chenreinigung zu erzielen. Da der Reinigungs- grad tier Oberflache nich~ genau genug definiert ist, slnd kelne Absolut- werte tier Reflexion gemessen worden, sondern wie bei den Absorptions- messungen wurde versucht, die Voltskale m5glichst genau festzulegen. Das Verfahren ist bereits dort beschrieben. Es ist mSglich, dal~ in einigen Fallen bei den Yersuchen ~[er Elektronenrefiexion ein anderes Kontaktpotentlal in Betracht kommt als bei den u des Elektronen- durchganges. Vielleicht sind die Verschiebungen des Absorptionsmaximums gegeniiber dem Reflexionsmaximum in einigen Fgllen darauf zuriick- zufiihren. Es ist daher nicht mSglich, zu entscheiden, ob zwischen Absorptionsmaximum und Re[lexioasmaximum ei'ne gesetzm~l]ige Ver-

t)ber selektive Absorption and Reflexion langsamer Elektronen an Metallen. 149

lagerung der Voltskale aultritt.

Die Reflexionsversuche werden un-

mittelbar an die Absorptionsver- suche angeschlossen, wobei die VersuchsrShre nicht geSffnet zu

werdea braucht.

4. G a n g der M e s s u n g e n b e i A b s o r p t i o n und R e f l e x i o n . Die Absorption und Reflexion

dtinner Metallfilme soll durch

folgende ]~el]gr(il]en gekenn- zeichnet werden:

& Absorption A ~ 1 - -

iE ' J,

Reflexion R ~ _ , SE

wenn i E die au~ die Filmoberflachg auftreffende Elektronenmenge, Jd die ohne wesentliche Geschwindig- keitsver]uste durch die Folien hindurchgegangenen Elektronen (relativ gemessen, Griil]enordnung 10-11Amp-), Jr die ohne wesent- liche Geschwindigkeitsverluste reflektierten Elektronen. Diese Bezeichnungen sind in den Fig. 5 his 14 beibehalten.

Die Abhi~ngigkeit der auf- tref~enden Elektronen i~ von der beschleunigenden Spannnng V ist in Fig. 2 wiedergegeben. Zu dieser

]~essung wird in der Versuchs- anordnung Fig. 1 a die Folie ent- fernt, und der nach A gelangende Elektronenstrom gemessen.

t

I

i

" , C -

%

! r

92

Einen Uberblick tier Ge- ~ ~ ~ schwindigkeitsver~eilung der Elek- '~ tronen mit und ohne Folie geben die Fig. 3 und 4. In der Messung Fig. 3 wird fiir einen 12Volt-Elektronenstrahl die Gegen[eldkurve ohne Folie

150 E. Rupp,

aufgenommen. Das Absinken der Kurve bei 12 Volt gibt ein Urteil fiber die Homogenit~t der Elektroaengesehwindigkeit. Der Relativfehler der Voltskale diirfte danaeh ~-0,5 Volt betragen. Wie oben erw~hnt, ist der Nullpunkt der Voltskale durch Eichung mit Helium festgelegt worden.

Tritt der Elektronenstrahl yon 12 Volt durch eine Silberfolie und

mil]t man die Gesehwindlgkeitsverteilung der durchgegangenen Elektronen,

4OO

200

o 2 ,~ e ,2 / 0 [2 14Y, v A E@ K 16J ~2

Fig. 3. @eschwindigkeitsverteilung ohne Folie.

.7

5i\ 4*

2

o ~ ~ 6 ~ Io 12 1~v N A s K 16 J1,~

Fig. 4. Geschwindigkeitsverteilung dutch Silberfolle.

so erhalt man fiir sehr dfinne Folien (etwa 10-6 cm) Kurven nach Art der Fig. 4. Es kommen also Elektronen aller Geschwindigkeiten zwisehen 0 und 12Volt vor, ohne dal] ein Geschwindigkeitsgebiet ausgezeichnet ware. Prozentual am st~rksten vertreten sind die Elektronen rail Primar- geschwindigkeit. Die dureh die Folie hindurehgegangene Elektronen- menge setzt sich also zusammen

1. aus Elektronen, die GesehwindigkeitsTcerluste erlitten haben, 2. aus Elektroaen, die Winkelablenkungen erlitLen haben und daher

nur mit einer Gesehwindigkeitskomponente zur Gegenfeldkurve beitragen, und sehlieJlli'eh

3. aus Elektronen, die ohne Gesehwindigkeitsverhste und ohne Winkelablenkungen dutch die Folie hindurchgegangen sind.

[[[ber selektive Absorption und Reflexion langsamer Elcktronen an 3[etallen. 151

Fiir diese letztere Gruppe entsteht die Frage, ob ein freies Dureh-

queren nichs dutch Kan~le und Spalte im Kristallgefiige der Fo]ie vor-

getauscht ist. In diesem Falle kiinnte jedoch kein fiir das Metall der

Folie charakteristisehes Absorptionsmaximum auftreten, wie es tatsachlich gefunden worden ist.

Die Elektronen der dritten Gruppe enthalten also solehe, die dutch das Kristallgefiige hindurehgegangen sind, ohne in Weehselwirkung mit dem Kristallgitter bzw. den Metallatomen getreten zu sein, und vielleicht noch eine gewisse nieht naher bekannte Anzahl solcher, die durch Kristallporen ge- wander~ sind. Ftir das Erfassen der selektiven Absorptionsmaxima ist

es unnStig: eine Trennung zwisehen beiden Anteilen zu versuchen, so- lange nicht die durch die Kristallporen hindurchgekommenen Elektronen iiberwiegen und die selektiven Maxima verdecken.

A 7(~ Be

5.

0

R Io

5

5 I 0 /5" 20 2S 3O 35V

lae

J

5 I 0 IS 20 25 0 30 3 5 7

As K r63r

Fig. 5. Beryllimn.

5. M e s s u n g s e r g e b n i s s e . Die Absorptions- und Reflexions- messungen an den untersuehten Metallen sind in den Fig. 5 his 14 wieder- gegeben. Stets ist die Refiexibnskurve/r unter die Absorptionskurve A gezeichnet, so dal~ man die auf~retenden Verh~l~nisse unmittelbar iibersehen

A R

IC

Cu

" I~

0,=

0,,,

,r

-

4~

it

0 5

10

15

20

2

5

JO

0 5

/0

15

20

2

5

30

0 5

10

15

20

25

,30

~S

V

Cu

~

Ag

~

Au

I0

;'6

5-

5

0

5

I0

15

20

25

30

0

S

lO

IS

20

25

O0

0

5

10

15

20

25

30 35V

A~6

F

ig.

6.

E~

'ste

Ver

tik

alre

ih~

. #

16

als

~,

0 I:::

1 I~

"-"

ClXl

�9

t-l--

,4

lO

Mg

,i\

J '\

o

lo

0

5

I(7

13"

20

25

,30

0 5

I(9

15

20

25

,30

0 5

I0

15

20

.95

JO

35V

/?

,i'

(7

5

I0

I~3

20

25

30

0

5

I~

/5

20

25

30

0

5

10

15

20

2S

Jo

3~ I/

A6G

F

ig,

7.

Zw

eite

Vev

tika

lrei

he.

/~ IG

316

p~

7

~,.,

~

T

r C)

Cb

MI

~t

C.~

154 E. Rupp,

erste. Der Kurventyp zeigt eine gewlsse Verwandtschaft mi~ dem der Elemente Mg, Zn und Cd.

b) E r s t e V e r t i k a l r e i h e des p e r i o d i s e h e n Sys tems . Cu, Ag, Au. Fig. 6. Die Elemente der Kupferreihe haben deutlich gleiehen Kurven- typ. Das Maximum versehlebt sich yon Cu fiber Ag zu Au um einen geringen Betrag nach grSl~eren Voligeschwindigkeiten. Es is~ um so besser

5

J

r

r %

C>

$.

t ~

;2

Q

Uber selektivr Absorption und Reflexion langsamer Elektronen an Metallen. 155

ausgebildet, je hSher die Ordnungszahl des Metalls. Die Reflexions- maxima sind stets weniger schaff a|s die entsprechenden Absorptions- maxima, wohl info]ge des Einflusses yon Oberfl~ichenschichten. Ob die geringen Abweichungen in tier Voltskale zwischen Reflexlon und Absorp- tion reell sind oder dutch Kontaktpotentiale verursacht werden, kann nicht entschieden werden. Nach kleinen Geschwindigkeiten (unterhalb

I

t~

./

I

at S

( r

]

I q

r

i

I0

A~

41

0

Sb

5.

]0

Bi k

r.~

0 5

10

I5

20

25

3

0

35

~,

0 o

,6

10

Is

20

2

5

30

3,

r 0

S 10

75

2

0

2.6

30

3

5 IF

R 7

0 as

R

IO

,.~b

X

0

5

10

15

20

25

30

35

Z.O

0

5

70

15

20

25

30

35

0

5

I0

15

20

2

5

30

3511

Ato

]~

ig.

10.

Fii

n~te

Ver

tlk~

lrei

he.

1r t

ea7

9

|)ber selektive Absorption und Reflexion langsamer Elektronen an Metallen. 157

10 Volt) steigen die Kurven steil an, nach grol]en Gesehwindigkeiten (fiber 20 Volt) fallen sie langsam ab. Dieser Abfall lal]t sich fiber 100 Volt hinaus verfolgen.

c) Zwe i t e V e r t i k a l r e i h e . Mg, Zn, Cd. Fig. 7. Die Elemente Mg, Zn und Cd zeigen ebenfa]ls g]eichen Kurventyp. Das erste Maximum verschiebt sieh mit waehsender Ordnungszahl ziemlieh betr~ehtlieh zu griil]eren Voltgeschwindigkeiteu und wird viel ausgepr~gter. Es ist wahrscheinlieh, da~ ~iir Mg dieses Maximum unterhalb 6 Volt ]iegt und

I i /

{

i ~ J

< /

/

. . ~ i ff

, t j ~

%

1 y

>

A'

5

cr

[

0.0 ~ ~>'~ ~0~

---0-

0

5

I0

15

20

25

30

35

40

45

A

Mn

~ ~-

'e',o

...,.c

-.O~c

,,..o

....c

~

o

s

Io

I~

20

2~r

3r

36

,~o

~s

R

Cr

R

Mn

0

S

I0

15

20

25

JO

3S

~0

#5

5"

"0 ~=0=" =0==- ,0----~ ~==0=.

0

5

I0

/5

20

~

30

J5

40

45

I~ig

. 12.

C

hrom

, M

~ng~

n.

Oo

o

c-t-

Uber selektive Absorption und Reflexion langsamer Elektronen an 5[etallen. 159

wesentlich daran liegt, dal] eine Oberflgchenreinigung yon Zn und Cd

durch Ausheizen nur in beschranktem Umfange mSglich ist.

d) D r i t t e Ver t ika l r e ihe . A1, T1. Fig. 8. Von den Elementen

der dritten Vertikalreihe standen nur A1 und T1 gentigend rein zur Ver-

ftigung. Die zwei Maxima sind in Absorption und Reflexion stark aus-

gepragt. Das erste Maximum is~ hSher als das zweite im Gegensatz zu

den Kurven der Magnesiumreihe. Das erste Maximum wandert mit

I

1

1 <

~o

J # f !

A

A

A

]

j

t ]

7

k5

160 E. Rupp,

wachsender Ordnungszahl etwas nach grSl]eren Voltgeschwindigkeiten. Das zweite hingegen seheint slch etwas naeh kleinen Geschwindigkeiten zu versehleben.

e) V i e r t e V e r t l k a l r e i h e . Sn, Pb. Fig. 9. Bei den untersuehten Elementen der vierten Vertikalreihe kann nur ein Maximum festgeste]lt

werden, das mit wachsender Ordnungszahl etwas nach kleineren Ge- schwindigkeiten wandert. Im steilen Anstieg bei kleinen Voltzahlen

A ~

5 �84

N/

OmmmmO ~m..~

0 ~ I0 15 20 25 30 35 JO 4,5V

R

5 I0 15 20 25 dO 35 0 4,O 45// A~6 Fig. ]4. Nickel. , r~6azJ

(unterhalb 15 V01t) kSnnte noeh eiu weiteres Maximum verborgenliegen. Da die Oberfl~che nur in besehriinktem Umfang gerelnigt werden kann, sind die Reflexionskurven bei kleinen Voltzahlen weniger steil.

f) F t i n f t e Ve r~ ika t r e ihe . As, Sb, Bi. Fig. 10. Die Kurven dieser Elemente weisen die griii3te gefundene Mannigfaltigkeit auf. Bei 10 Volt liegt ein kleines Maximum, das sich nieht deutlich mit der Ordnungszahl versehiebt. B e i As und Bi seheint es in Absorption im steilen Anstieg naeh kleinen Gesehwlndigkeiten unterzugehen, in ReHexion jedoeh ist es deutlich angezeigt. Da~ hier die Reflexionskurve mehr Einzelheiten er- gibt als die Absorptionskurve, hat wohl seinen Grand in zu grol3er Sehieht- dieke der verwendeten Folien. Das zweite Maximum ist sehr flaeh and erstreck~ sieh tiber 10 Volt. Eine Versohiebung nach kleineren Volt-

(~ber selektive Absorption und Reflexion langsamer Elektronen an ~fetallen. 161

zahlen mit wachsender Ordnungszahl ist deu~lich festzustellen und die- selbe Verschiebung, nut weniger stark, zeigt auch das dritte Maximum.

g) S e c hs t e V e r t i k a l r e i h e . Se, Te. Fig. 11. Die Metalloide Selen (rot) und Te lh r zeigen zwei ]~Iaxima, die sich mit der Ordnungszahl kaum verschieben. Der Anstieg nach kleinen Gesehwindigkeiten ist sehr steil. Beide Elemente kSnnen in sehr diinnen Folien hergestellt werden, wahrend Schwefe]folien stets gerissen And.

h) S e c hs t e bis ach te V e r t i k a l r e i h e . Cr, Mg, Fe, Co, Ni. Fig. 12 bis 16. Diese Metalle, obwohl sie verschiedenen Vertikalreihen angeh(iren, sollen gemeinsam behandelt werden. A]le Kurven haben einen stei]en Anstieg nach kleinen Gesehwindigkeiten, ein finches Maximum zwischen 20 bis 30 Volt und langsamen Abfall fiir h(ihere Voltzahlen. Fiir die Elemente der Eisenreihe kommt noeh ein weiteres Maximum bei etwa 10 Vol~ hinzu, alas sieh mit steigender Ordnungszahl deutlich naeh grSl]eren Vo]tzahlen verschiebt. Es ist wahrsehein]ich, dal] es bei Fe unterhalb 5 Volt lieg~ und daher sich der Messung entzog. Von allen untersuchten Metallen hat Fe bei den kleinsten Geschwindigkeiten (5 Volt) die geringste Absorption bzw. Reflexion. Ein Ansteigen der Absorptions- kurve unterhalb 5 Volt wird gerade noch angezeig~.

6. ( ~ b e r b l i c k f ibe r d ie A b s o r p t i o n s - und R e f l e x i o n s - messnngen . An den gefundenen Kurven kann man folgende Gesetz- mg$igkeiten feststellen: Absorption nnd Reflexion der untersuchten Metalle gehen parallel. Guter Absorption entsprieh~ gate Refle"xion Einem selektiven Absorptionsmaximum entspricht bei gleicher Voltlage ein selektives Reflexionsmaximum. Der Kurvenverlauf ist charakteristisch ftir Elemente der gleiehen u des periodlschen Systems. In einer VertikMreihe weist die Lage entspreehender ~[axima gesetzmg$ige Verschiebungen mit der Ordnungszahl des Elementes auf. Das gleiche gilt vonder HShe der Maxima.

Alle gefundenen Absorptions- und Reflexionsmaxima slnd in Tabelle 1 zusammengestellt. Die Maxima sind nach steigender Voltzahl numeriert. A bedeutet Voltlage in Absorption,/~ in Reflexion. Cr und Mn sind in die Tabelle nieht aufgenommen, da bei diesen Metallen ein scharf ausgepragtes Maximum nieht festzustellen ist.

Sieht man von den selektiven Maxima ab~ so nimm~ die Absorption und Reflexion stark ab mit wachsender Strahlgeschwindigkeit*. Es is~

* S. a. A. B e e k e r , Ann. d. Phys. 78, 264, 1925. Zeitschrift. fiir Physik. Bd. 58. 11

162 E. Rupp,

unwahrscheinlich, dal~ eine grSl3ere Durchl~ssigkeit der Metalle fiir sehr

]angsame Elektro-nen besteht.

Tabe l le 1. S e l e k t i v e Absorp t ions - u n d R e f l e x i o n s m a x i m a .

Element

B e . . . . . .

Ag . . . . . Au . . . . .

.'rig . . . . . Zn . . . . . . Cd . . . . . .

A1 . . . . . . T1 . . . . . .

S n . . . . . .

Pb . . . . . .

As . . . . . . Sb . . . . . . Bi . . . . . .

Se . . . . . . Te . . . . . .

Fe . . . . . . Co . . . . . . Ni . . . . . .

3 f a x . ~ Max. 1I Max. 1II

33 3 3 30

7. Zu r D e u t u n g de r E r g e b n i s s e . Die gefundenen selektiven

Absorptionsmaxima erinnern unmittelbar an die Wirkungsquerschnigts-

kurven des tlamsauereffekts an Gasen. I-Iandelt es sich hier um das

Auftreten selektiver Absorptionsgebiete der Meta]latome, so wiirde die

Erkl~rung der Kurven mit elner Erklgrung der Wirkungsquerschnitts-

kurven zusammen~allen. Man kSnnte also mit dieser Methode zu neuen

Anssagen fiber Atomfe]der kommen. Experimentel l besteht gegeniiber

Wirkungsquersehnittsmessungen der grol3e Unter~ehied, daft bier die Elek-

tronen nut in einem ganz bestimmten~ wohlbegrenzten Raumvolnmen,

gegeben dutch die Schichtdicke and die Folienflgehe, mit den Metallatomen

in Weehselwirkung treten kSnnen, wghrend dort ein grol3es Gasvolumen,

meist das Volumen zwischen einer Apparaturb]ende and dem Auffange-

kgfig wirksam ist. Wo]lte man die bier durchgefiihrten Yersuehe auf

Gase tibertragen, so miigte man den Elektronenstrahl etwa durch einen

seukrecht dazu verlaufenden Atomstrahl hindur~:hsr'hiel3en.

0ber selektive Absorption und Reflex]on langsamer Elektronen an .~letallen. 163

Dal] be] den Absorptionskurven die ~ul]eren Atomelektronen eine wesentliche Rolle spieien, erkennt man daran, dal] Metalle der gleichen Vertikalreihe des periodisehen Systems gleichen Kurventypus haben und dal] die Absorptionserseheinungen verwickelter werden, wenn man zu h(iheren Vertikalreihen iibergeht. So haben die Elemente der Kupferreihe ein

Maximum, die der Magnesiumreihe zwei Maxima, die der Arsenreihe drei

Maxima, nnd es ]st mSglieh, da~ die Kurven der Elemente Cr, Mn und der Eisenreihe in eine grSl]ere Anzahl einze]ner Maxima zerfallen, die sieh aber gegenseitig iiberdecken und daber nicht mehr beobachtet werden kSnnen.

Zweifellos wird das Metallgitter die Ausbildung der Maxima beein- flnssen, sei es, dal] die Maxima in ihrer Volt]age verschoben werden, sei es, dal] eine Verbreiterung der Maxima durch Gitterkra~te auftritt. Die Verhgltnisse werden ahnlich sein wie be] der Absorption des Lichtes dureh gasfSrmige and feste KSrper, z. B. dureh gasfSrmiges and festes Jod. Die Absorptionsbanden des festen Jods sind yon R. H i l s c h and

R. P o h l * ausgemessen worden. Diese Absorptionsbanden lassen sich mit grol]er Wahrseheinlichkeit den gu~eren Dispersionselektronen des Jod- atoms zuordnen. Es scheint sehr wohl mSglich, dal] man es in den hier gefundenen Absorptionskurven mit entspreehenden Banden zu tun hat.

Es w~ren dann hier die Absorptionsbanden der iiul]eren Dispersions- elektronen der Metallatome wiedergefunden worden mit Elektronen a]s Versuchssonden. Lichtquanten oder Elektronen wtirden also in analoger Weise Auskunft geben fiber die Beschaffenheit der itu6eren Elektronenhii]le. Das Metallgitter kann eine Verlagerung in der Volt-

lage dieser Banden bedingen, die fiir Licht und Elektronen versehieden sein kann.

Trifft diese Erklarung zu, so mii~te man die mit Elektronensonden gefundenen B~nden mit Licht der entspreehenden Energie wiederfinden. Den Elek~ronen der hier verwendeten Geschwindigkeit entspricht Licht im Vakuumultraviolett. Es sind daher Versuche in Angriff genommen, im Vgkuumspektrographen Absorptionsmessungen an diinnen Meta]l[olien durehzu[iihren.

Die hier unter Hervorhebung der Absorption durchgefiihrten LTber- legungen gelten in gleicher Weise fiir die Reflex]on. Die l~Tbereinstimmung in der Voltlage yon Absorption und Reflex]on steht in unmittelbarer

* ZS. f. Phys. 4:8, 384, 1928.

1(14 E. Rupp, ~Iber selektive Absorption und Reflexion langsamer Elektronen usw.

Parallele zur Ansmessung der Absorptions- und Re~lexionskurven mit Licht. Die Elektronen des Atoms reugleren au~ Lich~- und Elektronen-

sonden qualitativ in gleicher Weise. Ausschlaggebend scheint der Energ]e- wert zu sein, dem das Absorptionsgebiet im Atom entspricht.

Dad die sdektiven Absorptions- und Retlexionsmaxima nicht als Beugungsmaxima erklart werden kiinnen, schlie~t die Versuchsunordnung aus. Die selektiven Stellen wiirden sonst dem Beugungswinkel 0 ~ zugehiiren.

8. Z u s a m m e n f a s s u n g siehe unter der Uberschrift.

B e r l ~ n - R e i n i c k e n d o r f , 6. September 1929.