Hemisférický analyzátor energie elektronů - Hemispherical electron energy analyzer

A analyzátor hemisférické elektronové energie nebo polokulovitý vychylovací analyzátor je typ elektronového energetického spektrometru obecně používaný pro aplikace, kde je vyžadováno vysoké energetické rozlišení - různé varianty elektronová spektroskopie jako úhlově rozlišená fotoemisní spektroskopie (ARPES), Rentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS) a Augerova elektronová spektroskopie (AES)[1] nebo v zobrazovacích aplikacích, jako je fotoemisní elektronová mikroskopie (PEEM) a nízkoenergetická elektronová mikroskopie (LEEM).[2]
Funkce

Ideální polokulový analyzátor se skládá ze dvou soustředných polokulových elektrod (vnitřní a vnější polokoule) o poloměrech a udržováno na správném napětí. V takovém systému jsou elektrony v závislosti na své kinetické energii lineárně rozptýleny ve směru spojujícím vstupní a výstupní štěrbinu, zatímco elektrony se stejnou energií jsou zaostřeny prvního řádu.[3]
Když dvě napětí, a , jsou aplikovány na vnitřní a vnější hemisféry, respektive elektrický potenciál v oblasti mezi dvěma elektrodami vyplývá z Laplaceova rovnice:
Elektrické pole směřující radiálně ze středu hemisfér ven má známý planetární pohyb formulář
Napětí jsou nastavena takovým způsobem, že elektrony mají kinetickou energii rovná se tzv předat energii následujte kruhovou trajektorii poloměru . The dostředivá síla podél dráhy je vynuceno elektrickým polem . S ohledem na to
- ,
Potenciální rozdíl mezi oběma hemisférami musí být
- .
Jeden detektor v poloměru na druhé straně hemisfér zaregistruje pouze elektrony jediné kinetické energie. Detekce však může být paralelizována kvůli téměř lineární závislosti konečných poloměrů na kinetické energii. V minulosti několik diskrétních detektorů elektronů (směrovače ) byly použity, ale nyní mikrokanálové desky s fosforeskující obrazovky a detekce kamery převažují.


Obecně jsou tyto trajektorie popsány v polárních souřadnicích pro rovinu velký kruh pro elektrony dopadající pod úhlem vzhledem k normále ke vstupu a pro počáteční poloměry zohlednit konečnou clonu a šířku štěrbiny (obvykle 0,1 až 5 mm):[4]
kde .
Jak je vidět na obrázcích vypočítaných trajektorií elektronů, konečná šířka štěrbiny se mapuje přímo do kanálů pro detekci energie (což zaměňuje šíření skutečné energie se šířkou paprsku). Úhlové rozpětí, i když také zhoršuje energetické rozlišení, ukazuje určité zaostření, protože mapa negativních a pozitivních odchylek se shoduje se stejným výsledným místem.

Když jsou tyto odchylky od centrální trajektorie vyjádřeny jako malé parametry definováno jako , a mít to na paměti sám o sobě je malý (řádově 1 °), konečný poloměr trajektorie elektronu, , darováno
.
To znamená, že k energetické disperzi rozmazání se přidává v každém bodě detektoru. Toto rozmazání je tak zaměňováno za skutečnou disperzi energie . Z toho vyplývá, že rozlišení instrumentální energie, dané jako funkce průměrné šířky dvou štěrbin a maximální úhel dopadu příchozích fotoelektronů, na kterém je sám závislý , je
- .
Rozlišení se zvyšuje s rostoucím . Technické problémy související s velikostí analyzátoru však omezují jeho skutečnou hodnotu a většina analyzátorů jej má v rozmezí 100–200 mm. Energie dolního průchodu také zlepšit rozlišení, ale pak se sníží pravděpodobnost přenosu elektronů a poměr signálu k šumu se odpovídajícím způsobem zhorší. Elektrostatické čočky před analyzátorem mají dva hlavní účely: shromažďují a zaostřují příchozí fotoelektrony do vstupní štěrbiny analyzátor a zpomalují elektrony na rozsah kinetických energií kolem , za účelem zvýšení rozlišení.
Při získávání spekter zametl (nebo snímání), napětí dvou hemisfér - a tedy energie průchodu - jsou udržována pevně; současně jsou napětí aplikovaná na elektrostatické čočky zametena takovým způsobem, že každý kanál počítá elektrony s vybranou kinetickou energií po zvolenou dobu. Aby se snížila doba akvizice na spektrum, tzv momentka (nebo pevnýLze použít režim). Tento režim využívá vztah mezi kinetickou energií fotoelektronu a jeho polohou uvnitř detektoru. Pokud je energetický rozsah detektoru dostatečně široký a je-li signál fotoemise shromážděný ze všech kanálů dostatečně silný, lze spektrum fotoemise získat z jediného snímku z obrazu detektoru.
Viz také
Reference
- ^ Roy, D .; Tremblay, D. (1990). "Návrh elektronových spektrometrů". Zprávy o pokroku ve fyzice. 53 (12): 1621–1674. Bibcode:1990RPPh ... 53.1621R. doi:10.1088/0034-4885/53/12/003. ISSN 0034-4885.
- ^ Tusche, Christian; Chen, Ying-Jiun; Schneider, Claus M .; Kirschner, Jürgen (01. 11. 2019). "Zobrazovací vlastnosti hemisférických analyzátorů elektrostatické energie pro hybnost s vysokým rozlišením". Ultramikroskopie. 206: 112815. doi:10.1016 / j.ultramic.2019.112815. ISSN 0304-3991. PMID 31325896.
- ^ Hadjarab, F .; J.L.Erskine (1985). Msgstr "Vlastnosti obrazu hemisférického analyzátoru aplikovaného na detekci vícekanálové energie". Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 36 (3): 227. doi:10.1016/0368-2048(85)80021-9.
- ^ Praktická povrchová analýza: šnekovou a rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií. Briggs, D. (David), 1948-, Seah, M. P. Chichester: Wiley. 1983. ISBN 0-471-26279-X. OCLC 9556397.CS1 maint: ostatní (odkaz)