同步辐射光电发射和 光电子能谱基础.ppt

同步辐射应用基础 第一章 光电子能谱概论 第二章 固体光谱基础 第三章 原子和分子的光电离和光解离 第四章 软X射线成像和光刻 第五章 X射线衍射基本原理 第六章 X射线散射基础 第七章 X射线吸收 热辐射： 热辐射实际上是一定波长范围内的电磁波 所有物体都能发出热辐射，也能吸收和反射外来的热辐射。 黑体辐射： 如果一个物体完全吸收投射在它上面的辐射而毫无反射，则称此物体为黑体，如开有小孔的空腔。 黑体辐射的能流密度只与辐射的频率和温度有关，与黑体的形状和性质无关，因此是一个普适函数。 氯代甲酸乙脂（a)和三氟醋酸乙脂(b)中C 1s轨道电子结合能 电负性 FOCH，C 1s结合能逐渐降低。 f）表面化学位移 固体的表面所处的化学环境与体内不同，其表面芯电子的结合能与体内有差异。这种由于表面引起的结合能的化学位移称为表面化学位移。通过对芯能级谱进行谱分解，就可分辨出体态和表面态的贡献。它对于研究体系的表面具有重要的作用。由于同步辐射可选择合适的光子能量使表面敏感，从而成为研究表面的重要手段。 各种光子能量激发下的GaAs(110)的As 3d和Ga 3d芯能级谱。由图中可以看到，光子能量不同，体态和表面态的比例不同 GaAs（110）的光电发射谱 4）芯能级伴峰和终态效应 a)伴峰和终态效应概述 一个多电子体系内存在着复杂的相互作用。它包括原子核与电子的库仑作用，各电子之间的排斥作用，轨道角动量之间、自旋角动量之间的作用以及轨道角动量与自旋角动量之间的耦合作用等。因此，一旦从基态体系中激发出一个电子，上述各种相互作用将会受到程度不等的扰动而使体系出现各种可能的激发状态。? ? ? 因此在光电子谱中就会产生反映这些相互作用的多个终态。芯能级伴峰的出现，则来源于这种终态效应。对这些伴峰进行分析并判断可能产生的相互作用，有助于我们了解体系内部的结构信息。 b）多重分裂 在前面我们讨论内层电子结合能和化学位移时，实际一直限于闭壳层体系，即体系的轨道和自旋角动量均为零。然而，对于开壳层体系，外壳层拥有未配对自旋电子，体系的总角动量不为零。这时，光激发后形成的内壳层空位便将同外壳层未配对自旋电子发生耦合，使体系出现不止一个终态。相应于每个终态，在芯能级谱图上将有一条谱线，这便是光电子谱中的多重分裂。 如初态轨道角动量与自旋角动量为L、S，终态离化体系的轨道角动量与自旋角动量为L’、S’，它们应满足角动量选择定则 即 对于完全填满的闭壳层体系，只能有一个 ,S’=1/2的终态，因此在芯能级谱上只有一条谱线。 对于壳层未被填满的体系，其总角动量L和S就等于未填满壳层的L和S。此时，L和S中至少有一个不为零，按选择定则，光电离时将出现不止一个谱峰。 当s壳层发生电离时，根据选择定则，L’=L，但其终态有两个，分别对应 和 根据原子的多重态理论，得到两条分裂谱线的强度比，即 MnF2中的Mn2+的电子组态为3s23p63d5，其状态光谱项为6S(S=5/2，L=0),含有五个未成对的3d电子。当3s轨道的电子被激发并发射电子后，存在两种可能的终态，即7S和5S态。其中5S态表示电离后剩下的一个3s电子与5个3d电子自旋反平行。7S态表示电离后剩下的一个3s电子与5个3d电子自旋平行。因为只有自旋平行的电子才存在交换作用，所以7S终态的能量低于5S终态的能量。 Mn2+离子的3s轨道电离时的两种终态 由MnF2测得的Mn 3s的XPS谱 （Al K?） 两条主要谱线对应于7S和5S（1）终态，5S（2） 5S（3）是由于电子相关作用引起的精细结构 c）电子的振激和振离 在光电发射中，当内层电子被激发后会形成空穴。由于内层电位发生突然变化，会引起价电子云的重新分布，结果会有一定的几率将引起价壳层电子的跃迁。如价壳层电子跃迁到更高能级的束缚态，则称之为电子的振激（Shake up）。如果价电子被激发到连续态而成为自由电子，则称之为电子的振离（Shake down）。不论振激还是振离都需要能量，这样就使最初形成的光电子的动能下降，结果会在光电子谱主峰的低动能一边出现振激引起的分立的伴峰和振离导致的平滑的连续谱。 振激和振离过程通常只有主量子数改变，即ns?n’s, n