Обратная фотоэмиссионная спектроскопия

Обратная фотоэмиссионная спектроскопия ( IPES ) — это метод науки о поверхности, используемый для изучения незанятой электронной структуры поверхностей, тонких пленок и адсорбатов. Хорошо коллимированный пучок электронов четко определенной энергии (< 20 эВ) направляется на образец. Эти электроны соединяются с высоколежащими незанятыми электронными состояниями и распадаются на низколежащие незанятые состояния, причем часть этих переходов является излучательной. Фотоны, испускаемые в процессе распада, обнаруживаются, и генерируется энергетический спектр, количество фотонов в зависимости от энергии падающих электронов. Из-за низкой энергии падающих электронов глубина их проникновения составляет всего несколько атомных слоев, что делает обратную фотоэмиссию особенно чувствительным к поверхности методом. Поскольку обратная фотоэмиссия исследует электронные состояния выше уровня Ферми системы, это дополнительный метод фотоэмиссионной спектроскопии .

Теория

Энергия фотонов ( $h\nu$ , где $h$ — постоянная Планка ), излучаемая при падении электронов на вещество с помощью электронного луча с постоянной энергией ( $E_{i}$ ) релаксируют в незанятое состояние с более низкой энергией ( $E_{f}$ ) определяется законом сохранения энергии как:

E_{i}=E_{f}+h\nu \,

Измерив $E_{i}$ и $h\nu$ , незанятое состояние ( $E_{f}$ ) поверхности можно найти.

Режимы

Для этого измерения можно использовать два режима. Один из них — изохроматный режим, который сканирует энергию падающих электронов и сохраняет постоянную энергию обнаруженного фотона. Другой режим — это режим настраиваемой энергии фотонов, или режим спектрографа, который поддерживает постоянную энергию падающих электронов и измеряет распределение обнаруженной энергии фотонов. Последний также может измерять резонансную обратную фотоэмиссионную спектроскопию .

Изохроматный режим

В изохроматном режиме энергия падающих электронов увеличивается, а испускаемые фотоны обнаруживаются при фиксированной энергии, которая определяется детектором фотонов. Обычно I ₂ заполненная газом трубка Гейгера-Мюллера с входным окном из SrF ₂ или CaF ₂ в качестве детектора фотонов используется . Комбинация окна и заполняющего газа определяет обнаруживаемую энергию фотонов, а для газа I ₂ и окна SrF ₂ или CaF ₂ энергии фотонов составляют ~ 9,5 эВ и ~ 9,7 эВ соответственно.

Режим спектрографа

В режиме спектрографа энергия падающего электрона остается фиксированной, и для обнаружения испускаемых фотонов в диапазоне энергий фотонов используется решеточный спектрометр. Дифракционная решетка используется для рассеивания испускаемых фотонов, которые, в свою очередь, обнаруживаются двумерным позиционно-чувствительным детектором.

Сравнение режимов

Одним из преимуществ режима спектрографа является возможность одновременного получения спектров IPES в широком диапазоне энергий фотонов. Кроме того, энергия падающих электронов остается фиксированной, что позволяет лучше фокусировать электронный луч на образце. Более того, изменяя энергию падающих электронов, можно очень подробно изучить электронную структуру. Хотя решеточный спектрометр очень стабилен во времени, его установка может быть очень сложной, а его обслуживание может быть очень дорогим. Преимуществами изохроматного режима являются его низкая стоимость, простая конструкция и более высокая скорость счета. ^{[ 1 ]}

См. также

Ссылки

^ Хоган, Мэн; Чен, Цибяо; Онеллион, М.; Химпсель, Ф.Дж. (15 мая 1994 г.). «Незанятые состояния Cr на Au(100), Ag(100) и Cu(100)» . Физический обзор B . 49 (19): 14028–14031. Бибкод : 1994PhRvB..4914028H . дои : 10.1103/PhysRevB.49.14028 . ПМИД 10010360 .

Дальнейшее чтение

Стефан Хюфнер (11 ноября 2013 г.). «Глава 9. Обратная фотоэмиссионная спектроскопия». Фотоэлектронная спектроскопия: принципы и применение . Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-662-03150-6 .
Бинниг, Г.; Франк, К.Х.; Фукс, Х.; Гарсия, Н.; Рейль, Б.; Рорер, Х.; Салван, Ф.; Уильямс, Арканзас (1985). «Туннельная спектроскопия и обратная фотоэмиссия: состояния изображения и поля». Письма о физических отзывах . 55 (9): 991–994. Бибкод : 1985PhRvL..55..991B . doi : 10.1103/PhysRevLett.55.991 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 10032502 .
Фаустер, Т.; Доза, В. (1986). «Обратная фотоэмиссионная спектроскопия». Химия и физика поверхностей твердого тела VI . Серия Спрингера по наукам о поверхности. Том. 5. С. 483–507. дои : 10.1007/978-3-642-82727-3_18 . ISBN 978-3-642-82729-7 . ISSN 0931-5195 .

[1] Хоган, Мэн; Чен, Цибяо; Онеллион, М.; Химпсель, Ф.Дж. (15 мая 1994 г.). «Незанятые состояния Cr на Au(100), Ag(100) и Cu(100)» . Физический обзор B . 49 (19): 14028–14031. Бибкод : 1994PhRvB..4914028H . дои : 10.1103/PhysRevB.49.14028 . ПМИД 10010360 .

[ 1 ]