광방출 분광법
Photoemission spectroscopy
광전자분광학으로도 알려진 광전자분광학(PES)[1]은 물질 내 전자의 결합 에너지를 결정하기 위해 광전 효과에 의해 고체, 가스 또는 액체에서 방출되는 전자의 에너지 측정을 말한다.이 용어는 이온화 에너지가 X선, XUV 또는 UV 광자에 의해 제공되느냐에 따라 다양한 기술을 나타냅니다.그러나 입사 광자 빔에 관계없이 모든 광전자 분광학은 방출된 [2]전자를 측정함으로써 표면 분석의 일반적인 주제를 중심으로 회전한다.
종류들
X-선 광전자 분광학(XPS)은 1957년부터[3][4] 카이 시그반에 의해 개발되었으며 주로 고체에서 원자핵심 전자의 에너지 수준을 연구하는 데 사용된다.시그반 박사는 이 기술을 '화학분석을 위한 전자분광학'(ESCA)이라고 부르는데, 이는 이온화된 원자의 화학환경에 따라 노심수준이 작은 화학적 변화를 일으켜 화학구조를 파악할 수 있기 때문이다.Sigbahn은 이 업적으로 1981년 노벨상을 받았다.XPS는 때때로 내부 껍질에 대한 PESIS(Photo Electron Spectrocopy)라고 불리는 반면, UV의 낮은 에너지 방사선은 코어 [5]전자를 자극할 수 없기 때문에 PESOS(외부 껍질)라고 불립니다.
자외선 광전자 분광법(UPS)은 원자가 에너지 수준과 화학적 결합, 특히 분자 궤도의 결합 특성을 연구하는 데 사용됩니다.이 방법은 1961년 Feodor I에 의해 기상 분자에 대해 처음 개발되었습니다. 빌레소프와[6] 1962년 데이비드 W. 터너와 [7]다른 초기 근로자들은 데이비드 C를 포함했다.프로스트, J.H.D. 이랜드와 K.키무라.나중에, 리차드 스몰리는 그 기술을 수정했고, 기체 분자 군집의 전자의 결합 에너지를 측정하기 위해 샘플을 자극하기 위해 UV 레이저를 사용했습니다.
각도 분해 광전자 방출 분광법(ARPES)은 최근 에너지 및 운동량 분해능의 진보와 싱크로트론 광원의 광범위한 가용성 이후 응축 물질 물리학에서 가장 널리 사용되는 전자 분광법이 되었다.이 기술은 결정성 고체의 밴드 구조를 매핑하고, 상관성이 높은 물질에서 준입자 역학을 연구하며, 전자 스핀 편파를 측정하는 데 사용됩니다.
2광자 광전자 분광법(2PPE)은 펌프 앤 프로브 방식의 도입을 통해 광학적으로 들뜬 전자 상태로 기술을 확장한다.
극자외선광전자분광법(EUPS)은 XPS와 UPS 사이에 있습니다.일반적으로 원자가 밴드 [8]구조를 평가하는 데 사용됩니다.XPS에 비해 에너지 분해능이 우수하고 UPS에 비해 방출되는 전자가 빨라 공간 전하량이 적어 최종 상태 [9][10][11]효과가 완화됩니다.
물리 원리
PES 기술의 배후에 있는 물리학은 광전 효과를 응용한 것이다.샘플은 광전 이온화를 유도하는 UV 또는 XUV 광선에 노출됩니다.방출된 광전자의 에너지는 원래 전자 상태의 특성이며 진동 상태와 회전 수준에 따라 달라집니다.고체의 경우 광전자는 나노미터 정도의 깊이에서만 빠져나갈 수 있기 때문에 분석되는 표층이다.
빛의 높은 주파수, 방출된 전자의 상당한 전하와 에너지 때문에, 광방사는 전자 상태 및 분자 및 원자 궤도의 에너지와 모양을 측정하기 위한 가장 민감하고 정확한 기술 중 하나입니다.또한 샘플이 초고진공에 적합하고 분석 물질을 배경과 구별할 수 있다면 광방출은 미량 농도의 물질을 검출하는 가장 민감한 방법 중 하나이다.
일반적인 PES(UPS) 계측기는 최대 52 eV의 광자 에너지(파장 23.7 nm에 해당)를 가진 자외선의 헬륨 가스 소스를 사용한다.실제로 진공으로 빠져나간 광전자는 수집되어 약간 지연되고 에너지가 분해되어 계수됩니다.이것은 측정된 운동 에너지의 함수로서 전자 강도의 스펙트럼을 낳는다.결합 에너지 값은 더 쉽게 적용되고 이해되기 때문에, 선원에 의존하는 운동 에너지 값은 선원에 의존하지 않는 결합 에너지 값으로 변환됩니다.이는 아인슈타인의 k - B}= - E_를 적용하여 구한다. 방정식의 h h 항은 광 들뜸에 사용되는 UV 광량자의 에너지입니다.광전자 방출 스펙트럼은 조정 가능한 싱크로트론 방사선원을 사용하여 측정된다.
측정된 전자의 결합 에너지는 물질의 화학적 구조와 분자 결합의 특징입니다.소스 단색기를 추가하고 전자 분석기의 에너지 분해능을 높임으로써 5~8meV 미만의 전폭(FWHM)으로 피크가 나타납니다.
「 」를 참조해 주세요.
- 각도 분해 광방출 분광법 ARPES
- 역광 방출 분광 IPS
- 제로 전자 운동 에너지 분광법 ZEKE를 포함한 Rydberg 이온화 분광법
- 초고진공 UHV
- X선 광전자 분광법 XPS
- 자외선 광전자 분광법 UPS
- 2광자 광전자 분광법 2PPE
- 진동 분광법
- 윌리엄 E.스파이서
- 스테판 휘프너
레퍼런스
- ^ IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정판: (2006–) "광전자 분광학(PES)". doi:10.1351/goldbook.P04609
- ^ Hercules, D. M.; Hercules, S.H. Al (1984). "Analytical chemistry of surfaces. Part I. General aspects". Journal of Chemical Education. 61 (5): 402. Bibcode:1984JChEd..61..402H. doi:10.1021/ed061p402.
- ^ Nordling, Carl; Sokolowski, Evelyn; Siegbahn, Kai (1957). "Precision Method for Obtaining Absolute Values of Atomic Binding Energies". Physical Review. 105 (5): 1676. Bibcode:1957PhRv..105.1676N. doi:10.1103/PhysRev.105.1676.
- ^ Sokolowski E.; Nordling C.; Siegbahn K. (1957). "Magnetic analysis of X-ray produced photo and Auger electrons". Arkiv för Fysik. 12: 301.
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추가 정보
- Reinert, Friedrich; Hüfner, Stefan (2005). "Photoemission spectroscopy—from early days to recent applications". New Journal of Physics. 7 (1): 97. Bibcode:2005NJPh....7...97R. doi:10.1088/1367-2630/7/1/097. ISSN 1367-2630.
