Spektroskopia fotoelektronów z rozdzielczością kątową

Kąt-rozdzielczej spektroskopii fotoelektronowej ( ARPES ) jest bezpośrednie obserwacje eksperymentalne technika umożliwiająca rozkładu elektronów (dokładniej wzbudzenia elektroniczne gęstości) w odwrotnej przestrzeni substancji stałych. Technika ta jest specjalizacją w zwykłej spektroskopii fotoemisyjnej. Badanie fotoemisji elektronów zawartych w próbce przeprowadza się zwykle przez naświetlanie łagodnymi promieniami rentgenowskimi. ARPES to jedna z najbardziej bezpośrednich metod badania struktury elektronowej ciał stałych.

ARPES dostarcza informacji o kierunku, prędkości i rozproszeniu elektronów walencyjnych w badanej bryle. Oznacza to, że można wyznaczyć energię i pęd elektronu, co daje szczegółowy diagram pasmowy i powierzchnię Fermiego .

Technika ta jest również znana jako ARUPS ( spektroskopia fotoemisji w ultrafiolecie z rozdzielczością kątową ), gdy wykorzystuje się światło ultrafioletowe (w przeciwieństwie do promieni rentgenowskich) do generowania fotoemisji.

Śledzenie pasm

Paskowanie w fizyce materii skondensowanej to proces wykrywania i pomiaru fotoelektronów emitowanych z powierzchni pod różnymi kątami. Ten proces jest używany przez ARPES. ARPES służy do badania struktury elektronowej ciała stałego, powierzchni i interfejsów.

Poprzez wykreślenie diagramu pasmowego można określić kilka podstawowych właściwości ciała stałego. W szczególności możemy wymienić:

Energia kinetyczna elektronu;
Elastyczność ;
Właściwości elektryczne i magnetyczne
Właściwości optyczne .

Stany elektronowe w ciałach stałych są opisane pasmami energii , które mają energię pasma następującą po E (k) - dyspersja energii własnej dla zdelokalizowanych elektronów w ośrodku krystalicznym zgodnie z twierdzeniem Blocha .

Teoria

Z oszczędzania energii mamy:

{\ Displaystyle {\ Displaystyle E = \ hbar \ omega -E_ {f} - \ phi}}

lub

${\ displaystyle {\ hbar \ omega}}$ jest zmierzoną energią fotonu padającego
${\ Displaystyle {\ Displaystyle E}}$ jest energią wiązania elektronu
${\ displaystyle {E_ {f}}}$ to energia kinetyczna wyrzuconego elektronu - zmierzona
${\ displaystyle {\ phi}}$ to praca wyjściowa (energia potrzebna do wyrzucenia elektronów z próbki do próżni)

Pęd fotonu jest pomijany, biorąc pod uwagę jego niewielki udział w porównaniu z elektronem.

W typowym przypadku, zakładając fizyczną powierzchnię płaszczyzny próbki, symetrie translacji implikują, że zachowana jest składowa pędu elektronu zawartego w płaszczyźnie próbki:

{\ Displaystyle {\ Displaystyle \ hbar k_ {i \ parallel} = \ hbar k_ {f \ parallel} = {\ sqrt {2mE_ {f}}} \ sin \ theta}}

lub

${\ displaystyle {\ displaystyle \ hbar k_ {f}}}$ jest pędem elektronu - mierzonym pod kątem
${\ displaystyle {\ displaystyle \ hbar k_ {i}}}$ jest początkowym pędem elektronu

Jednak normalna składowa pędu elektronu może nie zostać zachowana. Klasycznym sposobem radzenia sobie z tym jest założenie, że stan końcowy w krysztale jest typu wolnego od elektronów. W tym przypadku mamy: ${\ Displaystyle {\ Displaystyle \ hbar k_ {i \ perp}}}$

{\ Displaystyle {\ Displaystyle k_ {i \ perp} = {\ Frac {1} {\ hbar}} {\ sqrt {2m (E_ {f} \ cos ^ {2} \ theta + V_ {0})}} }}

Gdzie wskazuje głębokość taśmy od poziomu próżni, w tym pracę wyjściową ; można określić badając tylko elektrony emitowane prostopadle do powierzchni, mierząc ich energię kinetyczną w funkcji energii padającego fotonu. $V_ {0}$ ${\ displaystyle {\ phi}}$ ${\ displaystyle V_ {0}}$

Równania energii i pędu można rozwiązać, aby określić zależność dyspersji między energią wiązania a wektorem fali elektronowej. $mi$

Zobacz też

Bibliografia

Park, Jongik. „Badanie fotoemisji związków międzymetalicznych ziem rzadkich: RNi2Ge2 (R = Eu, Gd)”. W 2004 r., Iowa State University , Ames, Iowa

Linki zewnętrzne

Andrea Damascelli, „Probing the Electronic Structure of Complex Systems by ARPES”, Physica Scripta T109, 61-74 (2004) ( czytaj online )
Spektroskopia fotoemisji kątowo-rozdzielczej nadprzewodników miedzianowych (artykuł przeglądowy) (2002) Eksperyment ARPES w fermiologii metali quasi-2D (artykuł przeglądowy) (2014)