Электронная спектроскопия эсха, рфс, уфс, Оже-спектроскопия, схпээ.

Рентгеновская и фотоэлектронная спектроскопия основаны на измерении кинетической энергии электронов, испускаемых веществом при его облучении ионизирующим пучком или частицами высоких энергий.

При действии на вещество ионизирующего излучения в нем протекают различные процессы.

1. Электронный пучок проходит через орбитали атома или его ядро

2. Прошедшие или отраженные электроны более низкой энергии (2) + вторичныые электроны, выбитые с внутренних энергетических уровней (2’)

3. Электронные переходы (регистрируются КРС - спектроскопией)

4. Испускание рентгеновских лучей

5. Испускание вторичных Оже-электронов.

Некоторые процессы, идущие в веществе при бомбардировке его пучком электонов.

Различные дифракционные микроскопические и спектроскопические методы исследования веществ, использующие электронное и рентгеновское излучение (а) и схематическое представление электронных переходов, отвечающих за возникновение рентгеновских спектров поглощения и испускания (б). длины волн соответствуют меди Cu.

Самый простой процесс – прямое удаление электронов с валентных или внутренних электронных слоев атомов. Кинетическая энергия Е удаляемых электронов равна разности энергии первичного излучения и энергии связи электрона или потенциала ионизации Е_в.

Е = h - E_в

Для каждого атома существует набор Е_в отвечающий энергии выбивания электронов с различных оболочек. Е_в – характеристические для каждого атома.

Измерение Е(Е_в) служит средством идентификации атома. Эти измерения составляют основу метода ЭСХА.

В ЭСХА, в качестве ионизирующего излучения используется рентгеновское излучение (рентгеновское, монохроматическое, МgK 1294 эВ или AlK 1487 эВ) либо УФ (гелиевый источник 21,4 и 40,8 эВ отвечающий переходу 2p1s в He и He⁺ соответственно). Отсюда некоторые названия двух вариантов этого метода РФС (рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия) и УФС (ультрафиолетовая электронная спектроскопия).

В методе РФС – выбиваются электроны с внутренних оболочек, а в УФС – валентные электроны, электроны с молекулярных орбиталей или энергетических валентных зон.

Аналогичные принципы, в Оже – спектроскопии, где регистрируются кинетическая энергия, образующихся в результате перехода возбужденных атомов, в основное состояние вторичных электронов

Рис. происхождение ЭСХА и Оже – электронов

Возникновение спектров ЭСХА в веществе при протекании процесса

Излучение

А том А А^+ + e

А^+ - ионизированный атом А, находящийся в возбужденном состоянии.

Возбуждающее состояние – следствие воздействия первичного пучка, либо в результате выбивания электрона с внутренней электронной оболочки, после чего остается свободная атомная орбиталь, либо в результате перехода других е на обычно незанятые уровни с боле высокой энергией. Возбужденные атомы могут переходить обратно в основное состояние по мере того, как электроны начнут занимать освободившееся низкоэнергетические уровни. При этом имеется выход рентгеновской или УФ – энергии.

А^+  А⁺ + h (рентгеновское или УФ - излучение)

А^+  А⁺⁺ + е (Оже-электроны)

Оже – электроны характерны для атомов легких элементов.

Если высвобождающаяся энергия передается другим электронам того же атома, находящихся на внешних оболочках, то такие электроны могут покидать атом. Такие вторичные возбужденные электроны называются Оже-электронами.

Оже – спектры получают одновременно со спектрами ЭСХА. ЭСХА – эффективный метод излучения энергетических уровней атомов и молекул. Используется для изучения поверхности материалов т.к. электроны, выбитые излучением, имеют низкую кинетическую энергию ( 1 кэВ) и быстро поглощаются твердым телом. Они не могут покидать твердое тело, если находятся на глубине больше чем 20 – 50 А (2-5 нм). В принципе методом ЭСХА можно получать объемные характеристики материала.

Применение ЭСХА:

1. Химические сдвиги и структура областей ближнего порядка.

2. Химическая связь и зонная структура.

3. Исследование поверхности.

4. Спектроскопия характеристических потерь энергии электронов (СХПЭЭ). Используется для элементного анализа и для обнаружения легких элементов (С,N). Этим методом можно изучать структуру энергетических уровней в поверхностных слоях твердых тел.

Спектр СХПЭЭ представляет собой график зависимости интенсивности пучка первичных электронов от потерь энергии. СХПЭЭ служит дополнением метода РФА.