[發(fā)明專利]能量、動量二維解析的高分辨電子能量損失譜儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110366653.8
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN103123325A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹彥偉;楊芳;郭沁林;郭建東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G01N23/00
• 分類號: G01N23/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子譜儀的設(shè)計領(lǐng)域，更具體地，涉及具有能量、動量二維解析功能的高分辨電子能量損失譜儀。

背景技術(shù)

研究固體材料表面多種元激發(fā)的性質(zhì)是表面物理的重要課題之一，這些元激發(fā)包括材料晶格振動(即聲子)、電荷集體振蕩、極化子等。其中，怎樣分析電子-聲子相互作用在多種新奇材料(高溫超導體、石墨烯、氧化物等)中所起的作用更是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的一項重要任務(wù)。在測量表面元激發(fā)的技術(shù)中，高分辨電子能量損失譜(HREELS，High-Resolution?Electron?Energy?Loss?Spectroscopy)是一種重要、有效且不可替代的表面分析技術(shù)。理論上，元激發(fā)本身可以由能量E(Energy)、動量k(Momentum)兩個參量來完整描述。因此，如果能夠測量、分辨攜帶不同E和k信息的非彈性散射電子，記錄其信號強度I(Intensity)即得到電子能量損失譜I-I(E，k)，那么就可以比較全面地描述表面元激發(fā)的性質(zhì)，從而深入理解材料新奇性質(zhì)的起源，為人工優(yōu)化材料功能提供依據(jù)。

目前，電子能量損失譜儀(EELS，Electron?Energy?Loss?Spectrometers)的設(shè)計方法和裝置主要有以下幾種方案：(1)雙扇型單色器電子束源和單扇型電子能量分析器組合的模式，測量結(jié)果是損失譜I-E曲線(文獻1：Electron?Energy?Loss?Spectrometers-The?Technology?of?High?Performance，H.Ibach，Springer-Verlag?Berlin?Heidelberg，1991)。該型譜儀的缺點是，動量分辨測量依靠單扇型電子能量分析器的機械旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)，其分辨率差，數(shù)據(jù)采樣密度低，數(shù)據(jù)測量重復性差，測量效率低；(2)基于點分析低能電子衍射儀(SPA-LEED，Spot-Profile-Analysis?low?energy?electron?diffraction)結(jié)構(gòu)的ELS-LEED(Energy?Loss?Spectroscopy-low?energy?electron?diffraction)系統(tǒng)，其測量結(jié)果是I-E曲線或I-k曲線(文獻2：Low-energy?electron?diffraction?with?energy?resolution，H.Claus，A.Büssenschütt，and?M.Henzler，Rev.Sci.Instrum.63，2195(1992)；文獻3：Construction?of?an?ELS-LEED：an?electron?energy-loss?spectrometer?with?electrostatic?two-dimensional?angular?scanning，T.Nagao?and?S.Hasegawa，Surf.Interface?Anal.30，488-492(2000))。該型譜儀的缺點是，能量分辨率差、信號微弱、測量時間長、效率低；(3)單個扇形單色器與半球形能量分析器聯(lián)用的模式，測量的損失譜是I-E曲線(文獻4：Electron?energy?loss?spectroscopy?of?liquid?glycerol，T.Kerbs，G.Andersson，and?H.Morgner，Chemical?Physics?340，(2007)181-186)。該型譜儀的缺點是，能量分辨率差，動量分辨率差，測量效率低。

綜上所述，除了分辨率差、測量時間長、效率低等缺點，對目前的EELS來說，受設(shè)計原理本身的限制，其不能同時對能量、動量同時進行，只能得到I-E關(guān)系而得不到攜帶全面信息的損失譜I(E，k)，如圖2所示。而在復雜體系中，由于多體效應，多種自由度相互作用，需要對實驗測量數(shù)據(jù)做定量分析才能清晰地分析各種效應的作用，這需要測量損失譜I(E，k)以全面的描述元激發(fā)的性質(zhì)，為定量分析提供精確的實驗數(shù)據(jù)。所以說，目前的EELS很難能夠精確測量、表征復雜體系中元激發(fā)的性質(zhì)(如能量-動量色散關(guān)系、元激發(fā)壽命-動量色散關(guān)系、電聲子耦合相互作用矩陣元|g(k，k’)|²等)，并且其采樣密度小，探測效率低，遠遠不能滿足當前的科研需求。因此研究怎樣設(shè)計新型的能量、動量二維解析的電子能量損失譜儀，來測量材料表面完整的損失譜I(E，k)以精確、高效表征多種元激發(fā)的性質(zhì)、全面分析復雜體系中的各種自由度所起的作用是十分必要的。

經(jīng)文獻檢索，國際國內(nèi)尚未見相關(guān)學術(shù)論文及專利文獻公開報道具有能量、動量二維解析功能的高分辨反射式低能電子能量損失譜儀。

發(fā)明內(nèi)容