Презентация, доклад Експериментальні методи вивчення зонної структури. (Лекція 6)

Лекція 6. Експериментальні методи вивчення зонної структури

ЕФЕКТИВНА ГЛИБИНА ВИХОДУ ЕЛЕКТРОНІВ ЕФЕКТИВНА ГЛИБИНА ВИХОДУ ЕЛЕКТРОНІВ Важливим параметром, який визначає, наскільки експериментально отримана інформація характеризує об'ємні або поверхневі властивості кристалів, є ефективна глибина виходу електронів. У спектроскопії, пов'язаної з випромінюванням фотонів, вона визначається оберненим коефіцієнтом поглинання цих фотонів й, як правило, становить ~200 Å і більше. Тому товщина аналізованого шару охоплює кілька сотень моношарів, і спектри характеризують об'ємні властивості за умови, якщо вжиті заходи, які забезпечують високу чистоту поверхні. Якщо випромінюваними частинками є електрони, то товщина аналізованого шару відповідає глибині виходу цих електронів, що залежить від їхньої енергії. Ефективна глибина виходу вибитих електронів із зразка визначається довжиною вільного пробігу електрона щодо непружних зіткнень. Залежність ефективної глибини виходу електронів від їхньої енергії в різних твердих тілах наведена на рис. 6 у вигляді затіненої смуги, що охоплює велике число відомих експериментальних даних. Глибина виходу в ультрафіолетовій області значно менше, ніж в рентгенівській.

Експериментальні РФЕС спектри  це згортка енергетичного розподілу фотона, електронної структури початкового і кінцевого станів досліджуваного зразка, розширюючих ефектів часу життя іона після фотоіонізації, структури енергетичних втрат електронів при виході із твердого тіла і апаратурної функції спектрометра. На рис. 7 наведені типові оглядові РФЕС спектри елементарних олова, сірки та селену. Експериментальні РФЕС спектри  це згортка енергетичного розподілу фотона, електронної структури початкового і кінцевого станів досліджуваного зразка, розширюючих ефектів часу життя іона після фотоіонізації, структури енергетичних втрат електронів при виході із твердого тіла і апаратурної функції спектрометра. На рис. 7 наведені типові оглядові РФЕС спектри елементарних олова, сірки та селену.

Електронна структура кристалічного і склоподібного SiO2

ЗІСТАВЛЕННЯ РЕНТГЕНІВСЬКИХ ЕМІСІЙНИХ СПЕКТРІВ З ПАРЦІАЛЬНИМИ ГУСТИНАМИ СТАНІВ к- І с-SiO2 ЗІСТАВЛЕННЯ РЕНТГЕНІВСЬКИХ ЕМІСІЙНИХ СПЕКТРІВ З ПАРЦІАЛЬНИМИ ГУСТИНАМИ СТАНІВ к- І с-SiO2 Парціальна густина станів - це густина станів із заданою симетрією хвильових функцій, наприклад, Si 3s, Si 3p, O 2p. Інформацію про парціальну густину станів у валентній зоні SiO2 одержують за допомогою експериментальних рентгенівських емісійних спектрів. В основі експерименту лежить реєстрація спектрів емісії, які виникають при заповненні електронами вакантних станів (дірок) на остовних атомних рівнях Si 1s, Si 2p, O 1s (рис. 13). Інтенсивність рентгенівського випромінювання з точністю до залежності матричного елемента переходу від енергії пропорційна густині електронних станів у валентній зоні. Ширина валентної зони SiO2 становить близько 13 eВ, що істотно менше енергії рентгенівських переходів, спостережуваних у спектрах емісії. У зв'язку із цим звичайно передбачається, що матричний елемент переходу слабо залежить від енергії. У дипольному наближенні дозволені рентгенівські переходи, в яких орбітальний момент змінюється на ±1. Відповідно до дипольних правил відбору в спектрах емісії Si L2,3 здійснюються переходи з Si 3s, 3d-станів валентної зони на Si 2p атомний рівень (L2,3-рівень у позначеннях рентгенівської спектроскопії). В Si K-спектрах реєструються переходи з Si 3p-станів валентної зони на Si 1s-атомні стани. В O K-спектрах емісії проявляються переходи з 2p-станів кисню валентної зони на O 1s-атомний рівень.

Схема ARPES