спектроскопия, фотоэлектронная сокр., ФЭС (англ. photoelectron spectroscopy сокр., PES) — метод изучения электронной структуры заполненных состояний на поверхности и в приповерхностной области твердых тел, основанный на анализе энергетического спектра электронов, генерируемых при облучении образца фотонами в результате фотоэлектрического эффекта.

Описание

В методе фотоэлектронной спектроскопии (ФЭС) регистрируемые электроны испускаются поверхностью при облучении фотонами. В основе метода лежит фотоэлектрический эффект, в котором электрон, первоначально находящийся в твердом теле в состоянии с энергией связи , поглощает фотон с энергией  и покидает твердое тело с кинетической энергией , где  — работа выхода материала (рис.).

Спектры эмиссии фотоэлектронов содержат информацию об электронных уровнях атомов вещества и позволяют с высокой точностью идентифицировать отдельные химические элементы, присутствующие в веществе.

В зависимости от энергии (длины волны) фотонов, используемых для возбуждения электронов, фотоэлектронная спектроскопия обычно подразделяется на два типа:

  • рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС (XPS) или электронная спектроскопия для химического анализа ЭСХА), в которой используется рентгеновское излучение с энергией квантов в диапазоне 100 эВ–10 кэВ, что соответствует длинам волн от 10 до 0,1 нм, и которая применяется для зондирования глубоких остовных уровней;
  • ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия, в которой используются фотоны ультрафиолетового спектрального диапазона 10–50 эВ, что соответствует длинам волн от 100 до 25 нм, и которая применяется для изучения валентной зоны и зоны проводимости.

Следует заметить, что это разделение достаточно условно как с точки зрения объекта исследования, поскольку достаточно условно подразделение энергетических уровней на остовные и валентные, так и с точки зрения используемых источников излучения — например, при использовании синхротронного излучения можно изучать фотоэмиссию в диапазоне от мягкого ультрафиолетового излучения до жесткого рентгеновского.

Иллюстрации

Схематическая диаграмма, иллюстрирующая процесс фотоэмиссиии на поверхности металла. Показ
Схематическая диаграмма, иллюстрирующая процесс фотоэмиссиии на поверхности металла. Показано соответствие между плотностью заполненных электронных состояний D(Ei) в твердом теле и спектром фотоэмиссии I(Ek ). Пики упругих фотоэлектронов наложены на непрерывный фон неупругих вторичных электронов [1].

Авторы

  • Зотов Андрей Вадимович
  • Саранин Александр Александрович

Источник

  1. Оура К., Лифшиц В. Г., Саранин А. А. и др. Введение в физику поверхности / Под ред. В. И. Сергиенко. — М.: Наука, 2006. — 490 с.

Напишите нам