4. Фото-электронная спектроскопия.

Рентгеновская фото­электронная спектроскопия представляет собой метод исследо­вания химического состава поверхности, основанный на анализе энергии электронов, вылетающих под действием рентгеновских фотонов.

Падаюший фотон с энергией hv ионизирует соответствующую электронную оболочку исследуе­мого вещества. Кинетическая энергия эмитированного электро­на E_К определяется соотношением:

где E_L1 — энергия связи электро­на на уровне L1.

Схема процесса представлена на рис. 1.13а.

Если падающее излучение монохроматично, то, измерив E_К в энергоанализаторе прибора, можно определить энергию связи. Распределение числа электронов по кинетическим энергиям представлено на рис. 1.13б.

Пики расшифровываются с помощью рентгеновских термов и ор­биталей с главными квантовыми числами п = 1, 2, 3, 4, 5...

Анализ энергетического уровня дырки позволяет идентифициро­вать состав мишени.

Поверхностная чувствительность фотоэлектронного метода зави­сит не столько от глубины проникновения падающего излучения, сколько от вероятности выхода возбужденного фотоэлектрона на по­верхность без потери энергии.

Потери энергии происходят за счет возбуждения колебаний ре­шетки, или фотонов. Эти потери достаточно малы — порядка не­скольких десятков миллиэлектрон-вольт. В этом методе могут быть использованы фотоны, энергия которых превышает работу выхода электронов из твердого тела. Таким свойством обладает рентгено­вское излучение.

Другой источник потерь энергии — это процесс электронных взаимодействии в электронном газе твердого тела. Флуктуации плотности заряда создают электрическое поле, которое вызывает ток, направленный на восстановление электронейтральности. Воз­никают коллективные колебания, получившие название плазмонов. Спектр колебаний зависит от зонной структуры твердого тела и на­личия полей. Квантованные энергии плазмонов лежат в диапазоне от 5 эВ до

25 эВ. Потери энергии электрона E_S на возбуждение плазмо­нов достаточно велики и определяются как гдеΔ E_S — ранее определяемая энергия связи.

Результирующий эффект всех неупругих процессов рассчитать довольно трудно, поэтому принято считать глубиной выхода элект­ронов ~1 нм при энергии ~ 40 эВ. Даже при 1000 эВ глубина выхо­да электронов в металлах составляет ~2 нм (или около 10 атомных слоев).

Поверхностная чувствительность фотоэлектронных методов из­меняется в зависимости от кинетической энергии вылетающих электронов н максимальна в интервале энергий электрона 50 эВ - 200 эВ.

Методы фотоэлектронной спектроскопии целесообразно исполь­зовать для определения типов наночастиц на поверхности твердого тела. Для этого нужно сравнить экспериментально наблюдаемые ли­нии с рассчитанными энергиями связи уровней, либо сравнить на­блюдаемые линии с экспериментальными спектрами эталонных об­разцов. Регистрация возможна с точностью до 10^-8 г вещества.

К методу рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) примыкает метод ультрафиолетовой электронной спектро­скопии (УФЭС). В этом методе используются более низкие значе­ния энергии фотонов для возбуждения электронов твердого тела. К таким электронам относятся электроны заполненных состояний ва­лентной зоны и состояний орбиталей адсорбированных молекул.

Метод ультрафиолетовой электронной спектроскопии применяют для изучения зонной структуры поверхности. Анализируя спектр электронов при различных значениях энергии фотонов, можно на­блюдать области начальных электронных состояний. Максимальные энергии соответствуют энергии Ферми, а ниже находятся электроны с различной энергией.

Методом УФЭС можно идентифицировать адсорбированные мо­лекулы, а также анализировать процесс образования хемосорбированных агрегатов и каталитических процессов на поверхности.

Добавить, слабо по оборудованию и по обработке, точности