w.06 - EELS
advertisement
Spektroskopia charakterystycznych strat energii elektronów EELS (Electron Energy-Loss Spectroscopy) Oddziaływanie elektronów ze stałą, krystaliczną próbką elektrony pierwotne wstecznie rozproszone elektrony elektrony Augera elektrony wtórne fluorescencja rentgenowska luminescencja katodowa cienka krystaliczna folia wiązka dyfrakcyjna elastycznie i nieelastycznie rozproszone elektrony Elektrony ulegają nieelastycznemu rozpraszaniu na ciele stałym na skutek procesów: jonizacji atomu w powłoce rdzenia wybicia elektronów z pasma walencyjnego (elektrony wtórne) wzbudzenia fononów (drgań sieci krystalicznej) wzbudzenia plazmonów (kolektywnych ruchów oscylacyjnych elektronów pasma walencyjnego) W wyniku tych procesów energia elektronów pierwotnych E0 ulega obniŜeniu o charakterystyczną dla danego materiału wartość. Analiza strat energii elektronów pierwotnych po przejściu przez próbkę (lub odbitych) stanowi podstawę spektroskopii charakterystycznych strat energii elektronów. Analiza wiązki przechodzącej Spektrometr stanowi część mikroskopu elektronowego. Energia elektronów pierwotnych - od 0,1do 10 keV Widmo strat energii pokazuje wartości energii jonizacji atomów obecnych w próbce. pasmo przenoszenia pasmo walencyjne PołoŜenie „uskoku” jest cechą charakterystyczną pierwiastka, a jego kształt zaleŜy od typu jonizowanej powłoki. Widmo zawiera informacje pochodzącą od atomów w całej objętości próbki EELS nie jest metodą powierzchniowo specyficzną Analiza wiązki rozproszonej Wysokorozdzielcza spektroskopia charakterystycznych strat energii elektronów, HREELS (High-Resolution Electron Energy-Loss Spectroscopy) UŜycie elektronów pierwotnych o niewielkiej energii kinetycznej (rzędu kilku eV) pozwala zebrać informację tylko z kilku najbardziej zewnętrznych warstw atomowychHREELS jest metodą powierzchniowo specyficzną. Rejestrowane straty energii są rzędu meV; odpowiadają one wzbudzeniu oscylacji cząsteczek znajdujących się na powierzchni próbki (w szczególności cząsteczek substancji zaadsorbowanej na powierzchni). Schemat spektrometru HREELS analizator przesłona moŜliwość obrotu o 140° próbka detektor monochromator komora rozpraszania Wysoką rozdzielczość widma uzyskuje się tylko wtedy, gdy elektrony pierwotne stanowią ściśle monoenergetyczną wiązkę ⇒ konieczność zastosowania monochromatora Rejestruje się rozkład energii elektronów rozproszonych pod róŜnymi kątami. Analiza częstości oscylacji cząsteczek zaadsorbowanych dostarcza informacji o sposobie związania adsorbatu do podłoŜa, np: + + − + − + − − Dipolowy mechanizm rozpraszania elektronów metal Prostopadła do powierzchni orientacja dipoli powoduje wzmocnienie pola elektrycznego przy powierzchni ⇒ padający elektron w wyniku oddziaływania z polem moŜe ulec nieelastycznemu rozproszeniu, wzbudzając jednocześnie drganie dipola. Równoległa do powierzchni orientacja dipoli nie wytwarza wypadkowego pola elektrycznego ⇒ brak oddziaływania na padający elektron Oscylacyjna reguła wyboru dla powierzchni Tylko drgania o momentach przejścia prostopadłych do powierzchni mogą zostać wzbudzone przez padające elektrony. Reguła ta obowiązuje tylko dla kątów rozproszenia bliskich kątowi padania, gdyŜ tylko w tym przypadku udział dipolowego mechanizmu rozpraszania elektronów jest przewaŜający. Dla innych kątów rozproszenia udział mechanizmu dipolowego jest znikomy i powyŜsza reguła wyboru przestaje obowiązywać (wzbudzone mogą zostać drgania o momentach przejścia zorientowanych dowolnie względem powierzchni ). – e Obserwujemy tylko drgania o momentach ⊥ do powierzchni Θ Θ Zastosowanie reguły wyboru do określenia orientacji makrocyklicznego benzamidu związku na powierzchni Au C.M. Whelan, J. Phys. Chem. B, 2002, 106 (34), pp 8739–8746 MoŜliwa „płaska” lub „ukośna” orientacja pierścieni benzenowych H H Dipolowy moment przejścia drgania deformacyjnego γCH jest skierowany prostopadle do płaszczyzny pierścienia; w przypadku równoległego do powierzchni ułoŜenia pierścieni spełniona będzie reguła wyboru i dla kąta rozproszenia równego kątowi padania w widmie powinno pojawić się intensywne pasmo tego drgania. Przykład zastosowania: W jaki sposób etylen wiąŜe się do powierzchni katalizatora?
