Кері фотоэмиссиялық спектроскопия: Қабаттардың электрондық құрылымын зерттеу
Inverse photoemission spectroscopy
Беттік электрондық құрылымды зерттеуге арналған кері фотоэмиссиялық спектроскопия (IPES) туралы мақала. Жұқа пленкалар, адсорбаттарды талдауға көмектеседі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Инверс фотоэмиссиялық спектроскопия (IPES) – беттік ғылымның әдісі, ол беттердің, жұқа пленкалардың және адсорбаттардың бос электрондық құрылымын зерттеу үшін қолданылады. Белгілі бір энергиясы (< 20 эВ) бар, жақсы коллимделген электронды сәуле үлгіге бағытталады. Бұл электрондар бос электрондық күйлердің жоғары деңгейлерімен байланысады және төмен деңгейлі бос күйлерге ыдырайды, мұндағы ауысулардың бір бөлігі сәуле түрінде шығады. Ыдырау процесінде шығарылған фотондар анықталады және энергия спектрі – фотон санының кіріс электрон энергиясына қатысты графигі құрастырылады. Кіріс электрон энергиясының төмен болуына байланысты, олардың ену тереңдігі бірнеше атомдық қабаттан аспайды, бұл инверс фотоэмиссияны бетке өте сезімтал әдіс етеді. Инверс фотоэмиссия жүйенің Ферми деңгейінен жоғары электрондық күйлерді зерттейтіндіктен, ол фотоэмиссиялық спектроскопияға толықтыратын әдіс болып табылады.
Inverse photoemission spectroscopy (IPES) is a surface science technique used to study the unoccupied electronic structure of surfaces, thin films, and adsorbates. A well collimated beam of electrons of a well defined energy (< 20 eV) is directed at the sample. These electrons couple to high lying unoccupied electronic states and decay to low lying unoccupied states, with a subset of these transitions being radiative. The photons emitted in the decay process are detected and an energy spectrum, photon counts vs. incident electron energy, is generated. Due to the low energy of the incident electrons, their penetration depth is only a few atomic layers, making inverse photoemission a particularly surface sensitive technique. As inverse photoemission probes the electronic states above the Fermi level of the system, it is a complementary technique to photoemission spectroscopy.
Режимдер
Бұл өлшеу үшін екі режимді пайдалануға болады. Бірі – изохроматтық режим, ол кіріс электрон энергиясын сканерлейді және анықталған фотон энергиясын тұрақты ұстайды. Екіншісі – кіріс электрон энергиясын тұрақты ұстап, анықталған фотон энергиясының таралуын өлшейтін, реттелетін фотон энергиясы режимі немесе спектрограф режимі. Соңғысы резонанстық кері фотоэмиссиялық спектроскопияны да өлшеуге мүмкіндік береді.
Two modes can be used for this measurement. One is the isochromat mode, which scans the incident electron energy and keeps the detected photon energy constant. The other is the tunable photon energy mode, or spectrograph mode, which keeps the incident electron energy constant and measures the distribution of the detected photon energy. The latter can also measure the resonant inverse photoemission spectroscopy.
Изохроматтық режим
Изохромат режимінде, түскен электрон энергиясы өзгереді және шығарылған фотондар фотон детекторымен анықталатын белгілі бір энергияда тіркеледі. Әдетте, I2 газымен толтырылған және SrF2 немесе CaF2 кіреберіс терезесі бар Гейгер-Мюллер түтігі фотон детекторы ретінде қолданылады. Терезе мен толтыру газының үйлесімі анықталатын фотон энергиясын анықтайды, ал I2 газы және SrF2 немесе CaF2 терезесі үшін фотон энергиясы шамамен ~9,5 eV және ~9,7 eV болады.
In isochromat mode, the incident electron energy is ramped and the emitted photons are detected at a fixed energy that is determined by the photon detector. Typically, an I2 gas filled Geiger Müller tube with an entrance window of either SrF2 or CaF2 is used as the photon detector. The combination of window and filling gas determines the detected photon energy, and for I2 gas and either a SrF2 or CaF2 window, the photons energies are ~ 9.5 eV and ~ 9.7 eV, respectively.
Спектрограф режімі
Спектрограф режимінде, түскен электронның энергиясы өзгермейді және шығарылған фотондарды фотон энергияларының кең диапазонында анықтау үшін дифракциялық торлы спектрометр пайдаланылады. Шығарылған фотондарды тарату үшін дифракциялық тор қолданылады, ал олар екі өлшемді кеңістіктік сезімтал детектормен тіркеледі.
In spectrograph mode, the energy of the incident electron remains fixed and a grating spectrometer is used to the detect the emitted photons over a range of photon energies. A diffraction grating is used to disperse the emitted photons that are in turn detected with a two dimensional position sensitive detector.
Режимдерді салыстыру
Спектрограф режимінің бір артықшылығы – бір мезгілде фотондардың кең диапазонындағы IPES спектрлерін алу мүмкіндігі. Бұған қоса, түсетін электрондардың энергиясы өзгермейді, бұл электронды сәулені үлгіге жақсырақ фокусқа түсіруге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, түсетін электрондардың энергиясын өзгерту арқылы электрондық құрылымды егжей-тегжейлі зерттеуге болады. Тізбекті спектрометр уақыт өте келе өте тұрақты болғанымен, құрылғысын орнату өте күрделі болуы мүмкін және оның күтіп ұстауы өте қымбатқа түсуі мүмкін. Изохроматтық режимнің артықшылықтары – оның төмен құны, қарапайым дизайны және жоғары есептеу жылдамдығы.
One advantage of spectrograph mode is the ability to acquire IPES spectra over a wide range of photon energies simultaneously. Additionally, the incident electron energy remains fixed which allows better focusing of the electron beam on the sample. Furthermore, by changing the incident electron energy the electronic structure can be studied in great detail. Although the grating spectrometer is very stable over time, the set up can be very complex and its maintenance can be very expensive. The advantages of isochromat mode are its low cost, simple design and higher count rates.