Invers fotoemissionsspektroskopi

Invers fotoemissionsspektroskopi ( IPES ) är en ytvetenskaplig teknik som används för att studera den lediga elektroniska strukturen hos ytor, tunna filmer och adsorbater. En välkollimerad elektronstråle med en väldefinierad energi (< 20 eV) riktas mot provet. Dessa elektroner kopplas till högt belägna obesatta elektroniska tillstånd och sönderfaller till lågt belägna lediga tillstånd, med en delmängd av dessa övergångar som är strålande. Fotonerna som emitteras i sönderfallsprocessen detekteras och ett energispektrum, fotonantal kontra infallande elektronenergi, genereras. På grund av den låga energin hos de infallande elektronerna är deras penetrationsdjup endast ett fåtal atomlager, vilket gör omvänd fotoemission till en särskilt ytkänslig teknik. Eftersom invers fotoemission undersöker de elektroniska tillstånden ovanför Fermi-nivån i systemet, är det en komplementär teknik till fotoemissionsspektroskopi .

Teori

Energin hos fotoner ( $displaystyle h\nu } ,$ \ som inkluderar Plancks konstant ) som emitteras när elektroner infaller på ett ämne med hjälp av en elektronstråle med konstant energi ( ${\displaystyle E_{i}} )$ slappnar av till en lägre energi ledigt tillstånd ( $E_{f}$ ) ges av bevarandet av energi som:

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

Genom att mäta $E_{i}$ och $h\nu$ kan ytans lediga tillstånd ( ${\displaystyle E_{f}}) hittas.$

Lägen

Två lägen kan användas för denna mätning. En är isokromatläget, som skannar den infallande elektronenergin och håller den detekterade fotonenergin konstant. Den andra är det avstämbara fotonenergiläget, eller spektrografläget, som håller den infallande elektronenergin konstant och mäter fördelningen av den detekterade fotonenergin. Den senare kan också mäta resonans invers fotoemissionsspektroskopi.

Isokromatläge

I isokromatläge rampas den infallande elektronenergin och de emitterade fotonerna detekteras vid en fast energi som bestäms av fotondetektorn. Vanligtvis används ett I ₂ gasfyllt Geiger-Müller-rör med ett ingångsfönster av antingen SrF ₂ eller CaF ₂ som fotondetektor. Kombinationen av fönster och fyllnadsgas bestämmer den detekterade fotonenergin, och för I2- _gas och antingen ett SrF2- _eller CaF2 _- fönster är fotonenergierna ~9,5 eV respektive ~9,7 eV.

Spektrografläge

I spektrografläge förblir energin hos den infallande elektronen fixerad och en gitterspektrometer används för att detektera de emitterade fotonerna över ett intervall av fotonenergier. Ett diffraktionsgitter används för att sprida de emitterade fotoner som i sin tur detekteras med en tvådimensionell positionskänslig detektor.

Jämförelse av lägen

En fördel med spektrografläge är möjligheten att förvärva IPES-spektra över ett brett spektrum av fotonenergier samtidigt. Dessutom förblir den infallande elektronenergin fixerad vilket möjliggör bättre fokusering av elektronstrålen på provet. Dessutom, genom att ändra den infallande elektronenergin, kan den elektroniska strukturen studeras i stor detalj. Även om gitterspektrometern är mycket stabil över tid, kan uppställningen vara mycket komplex och dess underhåll kan vara mycket dyrt. Fördelarna med isokromatläge är dess låga kostnad, enkla design och högre räknehastigheter.

Se även

Vidare läsning

Stefan Hüfner (11 november 2013). "Kapitel 9. Invers fotoemissionsspektroskopi". Fotoelektronspektroskopi: principer och tillämpningar . Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-662-03150-6 .
Binnig, G.; Frank, KH; Fuchs, H.; Garcia, N.; Reihl, B.; Rohrer, H.; Salvan, F.; Williams, AR (1985). "Tunnelspektroskopi och omvänd fotoemission: bild- och fälttillstånd". Fysiska granskningsbrev . 55 (9): 991–994. Bibcode : 1985PhRvL..55..991B . doi : 10.1103/PhysRevLett.55.991 . ISSN 0031-9007 . PMID 10032502 .
Fauster, Th.; Dose, V. (1986). "Omvänd fotoemissionsspektroskopi". Fasta ytors kemi och fysik VI . Springer-serien i ytvetenskap. Vol. 5. s. 483–507. doi : 10.1007/978-3-642-82727-3_18 . ISBN 978-3-642-82729-7 . ISSN 0931-5195 .