Espectroscopía de fotoelectrones

Sistema típico de PES con analizador hemisférico, tubos de rayos X y varios métodos de preparación

La espectroscopía de fotoelectrones (PES) o espectroscopía de fotoemisión se basa en el efecto fotoeléctrico externo , en el que se resuelven los fotoelectrones por radiación electromagnética de un estado sólido . En un modelo simplificado, el proceso de fotoemisión se lleva a cabo en tres pasos. Primero, el electrón es excitado por el fotón incidente, luego el electrón excitado es transportado a la superficie y, como tercer paso, sale el fotoelectrón. La dirección de salida y la energía cinética de estos electrones permiten sacar conclusiones sobre la composición química y las propiedades electrónicas del cuerpo sólido que se examina.

En la física del estado sólido y en áreas relacionadas como la física de superficies , la química de superficies y la investigación de materiales, la espectroscopia de fotoelectrones juega un papel central en la investigación de estados electrónicos ocupados . El mayor desarrollo del aparato desde 2000 abrió nuevos campos de investigación básica para la espectroscopia de fotoelectrones.

La espectroscopia fotoelectrónica se divide en las áreas de espectroscopia fotoelectrónica ultravioleta ( UPS , ultravioleta PES ), espectroscopia fotoelectrónica de rayos X ( XPS , rayos X PES ; también ESCA , espectroscopia electrónica para análisis químico ) y espectroscopia fotoelectrónica de ángulo resuelto ( ARPES , inglés . ángulo resuelta PES ). La espectroscopia de fotoelectrones ultravioleta principalmente hace declaraciones sobre compuestos químicos y propiedades electrónicas de un material. La espectroscopia de fotoelectrones de rayos X proporciona información sobre la composición elemental de la superficie y sobre el estado de enlace químico de estos elementos. La profundidad de la información corresponde a la profundidad de penetración de los electrones no dispersos o dispersos elásticamente y suele ser de hasta tres nanómetros. La estructura electrónica de un sólido se examina mediante espectroscopia de fotoelectrones de resolución angular. Este método de medición es adecuado para comparar lo calculado teóricamente con el curso real de la función espectral del sistema electrónico.

historia

El efecto fotoeléctrico externo fue descubierto experimentalmente en 1887 por Heinrich Hertz y Wilhelm Hallwachs y posteriormente explicado por Albert Einstein ( Premio Nobel de Física 1921).

Hallwax se dio cuenta de que no es la intensidad de la luz sino su frecuencia lo que decide si se pueden liberar electrones de la superficie de un fotocátodo. Einstein introdujo el término cuanto de luz ( fotón ) y demostró que su energía, que, como Max Planck había descubierto previamente para la radiación térmica , resulta directamente de la frecuencia de la luz ν, debe ser al menos tan grande como la función de trabajo the de la superficie sólida. . Su ecuación fotoeléctrica da la energía cinética de un fotoelectrón E _kin , que es excitado por un fotón con la energía E _fotón de un estado con la energía de enlace E _B.

La espectroscopia de fotoelectrones fue desarrollada sistemáticamente a partir de 1960 por Kai Siegbahn en Uppsala en un importante método de investigación experimental en física de superficies y estado sólido, por el que también recibió el Premio Nobel en 1981 .

La idea subyacente era convertir la distribución de energía de los electrones en estado sólido en una distribución de intensidad I ( E _kin ) de fotoelectrones con una determinada energía E _kin mediante excitación por fotoemisión . La energía cinética de los fotoelectrones se puede medir (espectroscópicamente) usando analizadores magnéticos o electrostáticos adecuados.

Para excitar los fotoelectrones, utilizó dos tipos diferentes de fuentes de luz, que todavía son comunes en los laboratorios de hoy, la lámpara de descarga de gas y el tubo de rayos X. La radiación generada en estas fuentes y utilizada para PES está en el rango ultravioleta duro o en el rango de rayos X suaves. Según la energía de la radiación utilizada, se distingue entre espectroscopía de fotoelectrones y UPS (espectroscopía de fotoelectrones ultravioleta) y XPS , después del nombre inglés X-ray for X-rays. La resolución de energía de los primeros instrumentos utilizados fue típicamente entre 1 y 2 eV en el rango XPS y 100 meV o menos en el rango UPS.

Un descubrimiento importante de Siegbahn fue que los espectros de los electrones del núcleo dependen del entorno químico del sistema investigado. En los espectros XPS del mismo elemento, dependiendo de la forma química en la que está presente, existen diferencias en la energía de enlace de un electrón del núcleo de hasta unos pocos electronvoltios , y en muchos casos la forma de los espectros también puede proporcionar información sobre el estado de valencia de un elemento. El segundo nombre de XPS, ESCA ( Espectroscopía electrónica para análisis químico ) , se basa en estas observaciones y las posibles aplicaciones resultantes .

El método de estudio de moléculas en fase gaseosa utilizando luz ultravioleta fue desarrollado por David W. Turner y descrito en una serie de publicaciones de 1962 a 1970. Usó una lámpara de descarga de gas He ( E = 21.22 eV) como fuente de luz, cuya emisión está en el rango ultravioleta. Con esta fuente, el grupo de Turner logró una resolución energética de aproximadamente 0.02 eV y, por lo tanto, pudo determinar la energía de los orbitales moleculares con mucha precisión y compararla con los valores teóricos de la química cuántica actualmente desarrollados en ese momento . Debido a la excitación mediante luz ultravioleta, este método de medición, basado en XPS, se denominó UPS.

Descripción teórica

Esquema simplificado del PES desde el efecto fotográfico hasta el espectro medido. El gráfico de la izquierda muestra la densidad de estados (DOS) de un metal con dos estados de nivel de tronco y una banda (metálica) que cruza el nivel de Fermi . Al medir a una temperatura y una resolución del dispositivo finitas, el borde de Fermi nítido y los niveles discretos del cuerpo se amplían, esbozados en el gráfico de la derecha como un espectro de PES.

Representación esquemática de los niveles de energía relevantes para las mediciones de la energía de enlace mediante espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS)

La espectroscopia de fotoelectrones es un método de medición basado en el efecto fotográfico externo. Si se irradia un gas o un cuerpo sólido con luz del _fotón E de energía conocida , se liberan electrones con energía cinética E _kin . Con su ecuación fotoeléctrica, Einstein pudo establecer la conexión entre la energía del fotón incidente y la energía cinética de los electrones:

${\ Displaystyle E _ {\ mathrm {kin}} = E _ {\ mathrm {Photon}} -E _ {\ mathrm {B}} - \ Phi _ {\ mathrm {spect}}}$

Con energía de fotones conocida y energía de electrones medida, se pueden hacer declaraciones sobre las relaciones de enlace de los electrones en el material examinado usando esta ecuación. La energía de enlace E _{B se} refiere al potencial químico del cuerpo sólido, y (durante la calibración del espectrómetro determinado) función de trabajo Φ _espectral del espectrómetro. La función de trabajo es una variable característica, específica del material o de la superficie que se puede determinar mediante el efecto de foto externa (ver Figura 2). En una aproximación según Koopmans , se supone que la posición de los niveles de energía de un átomo o molécula no cambia cuando se ioniza . Como resultado, la energía de ionización para el orbital ocupado más alto (HOMO: orbital molecular ocupado más alto ) es igual a la energía orbital negativa , es decir, la energía de enlace. Con una mirada más cercana a esta energía en los electrones a nivel del núcleo , se pueden sacar conclusiones sobre el tipo de átomo y la composición química ( estequiometría ) de la muestra y, hasta cierto punto, las condiciones de enlace químico en el sólido investigado se obtienen de la análisis cuantitativo . Además, el análisis de la energía de enlace de la banda de valencia y los electrones de conducción permite una investigación muy detallada del espectro de excitación del sistema de electrones de los sólidos cristalinos. ${\ Displaystyle I}$${\ Displaystyle \ varepsilon}$

La determinación adicional del ángulo en el que los fotoelectrones dejan un sólido permite una investigación más precisa de las estructuras de bandas de valencia de los cuerpos sólidos cristalinos, por lo que se hace uso de la conservación del momento en el proceso de fotoemisión. Debido a la relación entre el momento del fotoelectrón y el vector de onda de un electrón de Bloch , es posible inferir las relaciones de dispersión de los estados de valencia a partir de la dependencia del ángulo de los espectros . Esta espectroscopia de fotoelectrones de resolución angular también se llama ARPES para abreviar ( espectroscopia de fotoelectrones de resolución angular ). En el caso de los metales, las relaciones de dispersión electrónica contienen información sobre la forma de la superficie de Fermi , que también se puede determinar mediante otros métodos, como B. el De Haas van Alphen , Schubnikow de Haas o el efecto anómalo de la piel . Sin embargo, los métodos mencionados deben llevarse a cabo a las temperaturas más bajas posibles en monocristales de alta pureza , mientras que ARPES también se puede usar a temperatura ambiente y cristales comparativamente ricos en defectos.

Métodos de medición de la espectroscopia de fotoelectrones.

Espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS)

Espectro XP de magnetita (Fe ₃ O ₄ )

La espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (inglés: espectroscopía de fotoelectrones de rayos X , XPS, a menudo espectroscopía de electrones para análisis químico , ESCA) es un método establecido para determinar la composición química, especialmente de sólidos o su superficie, de forma no destructiva. Primero obtiene una respuesta a la pregunta del análisis de elementos cualitativos, es decir, en qué elementos químicos se compone el sólido. En general, solo el hidrógeno y el helio no se pueden detectar debido a las pequeñas secciones transversales .

El método utiliza rayos X de alta energía , principalmente de una fuente de Al -K _α o Mg -K _α , para liberar electrones de los orbitales internos. La energía de enlace E _{B de} los fotoelectrones se puede determinar a partir de la energía cinética de los fotoelectrones . Es característico del átomo (más precisamente, incluso del orbital atómico ) del que se origina el electrón. El analizador utilizado para la medición (generalmente un analizador hemisférico ) se configura mediante lentes electrostáticos y contra voltajes de tal manera que solo los electrones de una determinada energía puedan pasar a través de él. Para la medición XPS, los electrones que aún llegan al final del analizador son detectados por un multiplicador de electrones secundario , de modo que se crea un espectro, que generalmente se muestra en un gráfico trazando la intensidad ( tasa de conteo ) contra la energía cinética. de los fotoelectrones. La intensidad es proporcional a la frecuencia de aparición de los diversos elementos de la muestra. Para determinar la composición química de un sólido, se debe evaluar el área debajo de las líneas observadas que son características de los elementos. Sin embargo, hay algunas características específicas de medición que deben tenerse en cuenta (ver artículo principal).

Espectroscopia de fotoelectrones ultravioleta (UPS)

El propósito del UPS es determinar la estructura de la banda de valencia de sólidos, superficies y adsorbatos. Se determina la densidad de estados (DOS). Para este propósito, la luz ultravioleta se usa en UPS (a menudo también conocida como espectroscopía de banda de valencia en el área de estado sólido) , que solo es capaz de activar electrones de valencia. Por supuesto, estas energías también están disponibles para la medición XPS, pero la energía cinética de los fotoelectrones activados de esta manera se puede medir con una precisión extremadamente alta mediante una elección adecuada de la fuente de luz (generalmente lámparas de descarga de gas de He). UPS también puede resolver diferencias mínimas de energía entre orbitales moleculares o el entorno físico (por ejemplo, adsorción en superficies) de la molécula espectroscópica. Se puede examinar la estructura química de los enlaces, los mecanismos de adsorción en sustratos y las energías vibratorias de varios gases moleculares.

Espectroscopía de fotoemisión de dos fotones (2PPE)

La espectroscopia de fotoemisión de dos fotones, o espectroscopia 2PPE para abreviar, es una técnica de espectroscopia de fotoelectrones que se utiliza para investigar la estructura electrónica y la dinámica de los estados desocupados en las superficies . Se utilizan pulsos de láser de femtosegundos a picosegundos para fotoactivar un electrón . Después de un retraso de tiempo, el electrón excitado se emite a un estado de electrones libres mediante un segundo pulso. A continuación, el electrón emitido se detecta con detectores especiales, con los que se puede determinar tanto la energía como el ángulo de emisión y, por tanto, el momento del electrón paralelo a la superficie.

Medidas de ángulo resuelto (ARPES)

Principio de medición con resolución de ángulos

Con la ayuda de medidas de resolución de ángulo , ARPES ( PES de resolución de ángulo ) o ARUPS ( UPS de resolución de ángulo ), no solo se mide la energía de los fotoelectrones, sino también el ángulo en el que dejan la muestra. De esta manera es posible determinar la relación energía-momento del electrón en el sólido, es decir, la representación de la estructura de la banda o la visualización de las superficies de Fermi.

Principio de medición

Detección de electrones con resolución de energía de un rango angular pequeño.

Todos los métodos de PES enumerados hasta ahora detectan los fotoelectrones independientemente del ángulo en el que abandonan la muestra. Estrictamente hablando, para estas mediciones, generalmente se selecciona la posición de medición del analizador de tal manera que se puedan detectar predominantemente electrones con un ángulo de salida perpendicular a la superficie de la muestra. Los ajustes del analizador (más precisamente los voltajes de lente de las lentes electrostáticas, la óptica electrónica ) se establecen de tal manera que se obtiene un rango de aceptación de ángulo muy amplio de aproximadamente ± 10 °. Para el método de medición que se describe a continuación, la configuración del analizador se cambia de tal manera que los fotoelectrones solo se detectan en un ángulo significativamente menor. Los analizadores modernos alcanzan una resolución angular de menos de 0,2 ° con una resolución de energía simultánea de 1 a 2 meV. Originalmente, la alta energía y la resolución angular solo se lograban con bajas energías de fotoelectrones en el rango UV, de donde se deriva el nombre ARUPS. Especialmente en los años 1990-2000 la resolución de los analizadores PES se mejoró mediante la combinación de placas de microcanal , placa fosforescente y cámara CCD de modo que incluso con energías de fotoelectrones mucho más altas (estado de la técnica 2006: E _kin  ≈ 10 keV) una determinación de la estructura de la Banda se hizo posible.

Debido al requisito de bajas energías de fotones para el analizador, por ejemplo, de una lámpara de He, las mediciones ARUPS solo podían determinar la estructura de bandas de las áreas cercanas a la superficie de un sólido. Junto con la mejora en la resolución de los analizadores y el uso de  luz de sincrotrón de alta energía ( E _kin > 500 eV), extremadamente monocromática, ha sido posible desde el año 2000 determinar la estructura de bandas del volumen de sólidos cristalinos. Esta es una de las razones por las que ARPES se ha convertido en uno de los métodos espectroscópicos más importantes para determinar la estructura electrónica de los sólidos en nuestro tiempo.

Evaluación cualitativa de la medición

La relación de impulso de un electrón en el cristal a un electrón liberado por el efecto fotoeléctrico. k y k * son los vectores de impulso en el cristal o en un vacío, k _LL es el impulso obtenido cuando el electrón pasa de la muestra al vacío.

Un prerrequisito esencial para la validez de la afirmación de que ARPES puede determinar la estructura de bandas de un sólido cristalino es la aplicabilidad del teorema de Bloch a los estados electrónicos involucrados, es decir, que pueden caracterizarse de forma única por un vector de número de onda k y la función de onda asociada . la forma general:

${\ Displaystyle \ Psi ({\ vec {k}}, {\ vec {r}}) = u_ {k} ({\ vec {r}}) \ exp ({\ mbox {i}} {\ vec { k}} {\ vec {r}})}$

donde u _{k es} una función periódica de celosía. Este requisito no se puede cumplir en el experimento. Debido a la transición desde la superficie de la muestra al vacío, el sistema no es invariante a la traducción en la dirección vertical y, por lo tanto, la componente k del vector de número de onda medido no es un buen número cuántico . Sin embargo, el componente k se retiene, ya que tanto el potencial cristalino como el vacío permanecen en forma periódica de red paralelos a la superficie. En consecuencia, se puede especificar directamente la magnitud del vector de número de onda en esta dirección: ${\ displaystyle _ {\ bot}}$${\ Displaystyle _ {\ |}}$

${\ Displaystyle \ left | {\ vec {k}} _ {||} \ right | = \ sin {\ Theta} {\ sqrt {2mE _ {\ mathrm {kin}} / \ hbar ^ {2}}} }$

Si la densidad de estados (estructura de bandas) del cristal investigado no varía demasiado perpendicular a la superficie, es posible medir directamente la densidad de estados ocupados. Para permitir la comparación con los cálculos teóricos, las mediciones generalmente se realizan en ciertas direcciones de alta simetría de la zona de Brillouin . Para este propósito, el cristal a menudo se orienta perpendicular al analizador utilizando un LEED , luego se gira a lo largo de una de las direcciones y se registra un espectro de energía de los fotoelectrones. Usando una placa de microcanal y una cámara CCD, la energía y el ángulo en el que los electrones abandonan la superficie se pueden medir al mismo tiempo.

Los resultados generalmente se presentan mostrando todos los espectros dependientes del ángulo en un gráfico, con la energía y la intensidad trazadas en los ejes de coordenadas. Para poder seguir la dependencia del ángulo, los espectros individuales se desplazan en intensidad para que se pueda observar la dispersión . Una representación alternativa es una distribución de intensidad mediante codificación de colores , en la que el ángulo y la energía en los ejes de coordenadas y la intensidad se muestran como gradaciones de color.

La espectroscopia casi completa del semiespacio sobre una muestra metálica según el método antes mencionado permite ahora determinar la superficie de Fermi del sistema de electrones del cristal a partir de los espectros. Por definición, la superficie de Fermi resulta de la unión de todos los puntos en el espacio de momento en el que una banda electrónica cruza la energía de Fermi (como en el caso de la relación de dispersión , es suficiente limitar la definición de la superficie de Fermi al primer Brillouin zona ). En las mediciones de PES con energía fotónica constante, los puntos de paso generalmente corresponden a direcciones de emisión en las que la intensidad de la energía de Fermi es particularmente alta en los espectros. Por lo tanto, a menudo es suficiente determinar la distribución de intensidad en E _F en función del ángulo de emisión Θ sin tener que tener en cuenta el curso exacto de la banda.

Difracción de fotoelectrones (XPD)

Principio de difracción de fotoelectrones.

La difracción de fotoelectrones, a menudo abreviada como PED, PhD o XPD ( difracción de fotoelectrones de rayos X ), es un método para determinar la estructura de superficies cristalinas o la posición espacial de adsorbidos en superficies. La base del proceso de medición es nuevamente la espectroscopia de fotoelectrones, por lo que la intensidad de los fotoelectrones se determina en función del ángulo de emisión. Sin embargo, aquí, como con el PES dependiente del ángulo, el foco no está en el impulso del fotoelectrón, sino más bien en la interferencia de la función de onda del fotoelectrón. Dependiendo de la dirección de emisión y la energía cinética del fotoelectrón, se encuentran diferencias de intensidad, llamadas modulaciones. Estas modulaciones de intensidad surgen de la interferencia constructiva y destructiva entre la onda electrónica que llega directamente al detector ( onda de referencia) y las que se producen a partir de ondas dispersas elásticamente una o más veces alrededor del átomo emisor (ondas objeto). Las diferencias de trayectoria y las intensidades de las ondas individuales dependen de la disposición geométrica y del tipo de átomos vecinos. Con un número suficiente de intensidades medidas, la estructura geométrica se puede determinar a partir de las modulaciones comparando las modulaciones medidas experimentalmente con las simulaciones correspondientes.

Las aplicaciones más simples se basan en el enfoque hacia adelante mediante átomos por encima del átomo fotoionizado. Esto se puede usar para determinar si ciertos átomos están ubicados directamente en la superficie o más profundamente, y en el caso de moléculas adsorbidas, si hay otros átomos (y en qué dirección) por encima de un tipo de átomo. El XPD se puede utilizar para determinar la estructura cristalográfica de superficies metálicas y semiconductoras. Además, se obtiene información sobre la posición espacial de las moléculas en las superficies, las longitudes de enlace y los ángulos de enlace.

Microscopía electrónica de fotoemisión (PEEM)

Otra aplicación extendida de PES es la microscopía electrónica de fotoemisión, o PEEM ( microscopía electrónica de fotoemisión ) para abreviar . Aquí los electrones se liberan de la muestra por el efecto fotoeléctrico, pero durante la detección no es el número de electrones de una energía cinética seleccionados por el analizador lo que se mide, sino más bien la distribución de intensidad de los fotoelectrones en un área bidimensional de La muestra. Por lo tanto, es característico de los microscopios, una técnica de medición de imágenes.

Instalando un microanalizador en la trayectoria del haz que selecciona la energía cinética de los fotoelectrones (análogo al PES normal) y utilizando fuentes de luz de excitación de banda estrecha y onda corta, como. B. radiación de sincrotrón, es posible realizar XPS de resolución lateral (microscopio XPS). El término μ-ESCA describe el análisis químico de un área micrométrica de la muestra. Esto permite tanto la determinación de la composición elemental de la muestra como la investigación de diferencias locales en las propiedades electrónicas.

Espectroscopia de fotoelectrones coincidente

Además de la emisión de un solo electrón por fotón incidente, también existe la posibilidad de que se liberen dos o más electrones. Esto puede tener lugar, por un lado, como parte de una cascada de electrones secundarios, pero también a través de la emisión coherente de dos electrones por un fotón. La medición coincidente de los electrones emitidos permite sacar conclusiones sobre los mecanismos de acoplamiento subyacentes. Normalmente, no se utilizan analizadores electrostáticos para la detección experimental, sino espectrómetros de tiempo de vuelo. Debido al pequeño ángulo de apertura de un analizador electrostático, solo se pueden lograr tasas de coincidencia muy bajas de esta manera. Los sistemas de proyección de tiempo de vuelo permiten una eficiencia de detección significativamente mayor. Los electrones emitidos por un haz de fotones pulsados ​​se proyectan en detectores de resolución espacial. Los impulsos o ángulos iniciales y la energía cinética se pueden determinar a partir del tiempo y la ubicación del vuelo.

Medidas en resonancia (ResPES)

En principio, el curso del espectro de fotoemisión, especialmente el de la banda de valencia, depende de la energía fotónica utilizada para la excitación. Si la energía de los fotones se extiende sobre el área de un borde de absorción de rayos X, los cambios generalmente son particularmente pronunciados. La razón de esto son los efectos de resonancia que surgen de la interacción de dos o más estados finales diferentes, más precisamente de estados continuos con niveles discretos, y por lo tanto influyen en la sección transversal general de la fotoemisión. Si la intensidad de la fotoemisión de una estructura espectral seleccionada se representa frente a la energía del fotón, generalmente se obtienen perfiles de excitación asimétricos, las llamadas resonancias de Fano . La forma y la intensidad de estos perfiles pueden proporcionar información sobre el carácter elemental de la estructura espectral, los detalles del enlace químico y las interacciones entre los estados involucrados. Esto ayudará en la espectroscopia de fotoemisión resonante ( espectroscopia de fotoemisión resonante explotada por ResPES).

Espectroscopia de fotoelectrones inversa (IPES)

A diferencia del PES, con la espectroscopia de fotoelectrones inversa (IPS, IPES), a menudo también llamada espectroscopia de fotoemisión inversa, los electrones de energía conocida se aceleran en la muestra y los fotones emitidos se detectan como bremsstrahlung . Los dos métodos de medición PES e IPES pueden complementarse muy bien, ya que el IPES es muy adecuado para determinar la densidad de estados desocupados (por encima de la energía de Fermi ) (más detalles sobre cómo determinar la densidad de estados desocupados con UPS arriba). De manera análoga a las mediciones integradas en ángulos que acabamos de mencionar, IPES también permite la determinación experimental de la estructura de la banda por encima del potencial químico (por encima de la energía de Fermi) para mediciones resueltas en ángulos . De manera análoga a ARUPS, con IPES en el rango UV para determinar la estructura de la banda, la información k se obtiene de la dirección de incidencia de los electrones excitantes.

En términos de equipamiento, un espectrómetro IPES consta de un simple cañón de electrones y un detector de fotones con un filtro de paso de banda o monocromador . Para las mediciones de laboratorio, la energía cinética (energía primaria) de los electrones suele variar y la energía de los fotones se mantiene constante durante la detección. En este caso, se habla de modo isocromático , del que se deriva la denominación BIS , espectroscopia isocromática bremsstrahlung . Filtros de paso de banda de la tipo Geiger-Müller se utilizan con más frecuencia para energías en el intervalo UV , en el que un fluoruro de metal alcalinotérreo se utiliza ventana como un paso bajo (por ejemplo de CaF ₂ o SrF ₂ ) y un gas de recuento adecuado (por ejemplo I ₂ o CS ₂ ) se puede combinar como paso alto . La energía de detección y el ancho de paso de banda son el resultado del umbral de transmisión del material de la ventana o de la barrera de fotoionización molecular del gas de recuento (aprox. 9,5 eV). El ancho de paso de banda determina esencialmente la resolución del espectrómetro. Otros tipos de detectores combinan la ventana de fluoruro alcalinotérreo con un multiplicador de electrones de canal adecuadamente revestido (por ejemplo, con cloruro de sodio o bromuro de potasio ).

Debido a la pequeña sección transversal del proceso de fotoemisión inversa, la tasa de recuento típica es muy pequeña en comparación con la espectroscopia de fotoelectrones. Por esta razón, no se pueden lograr resoluciones de energía comparables con el IPES, ya que la señal disminuye linealmente con el ancho de banda. Los valores típicos para la resolución son algunos cientos de milielectronvoltios , que es dos órdenes de magnitud peor que con UPS. Los detectores con monocromadores de rejilla, en principio, alcanzan valores significativamente mejores y, debido a su energía de fotones sintonizable, se pueden utilizar de manera mucho más flexible, pero son mucho más caros y más grandes que los otros tipos de detectores.

Espectroscopia ZEKE

En la espectroscopia ZEKE (corto ZEKE para Inglés zero-electrón energía cinética o incluso cero energía cinética ) en electrones particulares son detectados en el límite de ionización. El gas a examinar se irradia con un pulso de láser corto. Una vez que este pulso láser ha disminuido, se espera el tiempo . Durante este tiempo, todos los electrones se mueven fuera del área de examen. Con la ayuda de un campo eléctrico, todos los electrones restantes se succionan y miden después de la expiración de . ${\ Displaystyle \ tau}$${\ Displaystyle E> E_ {c}}$${\ Displaystyle \ tau}$

literatura

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enlaces web

• Sitio web de THERMO Electron France con tablas para enlazar energías, etc.
• Base de datos de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X del NIST
• Manuales de espectros monocromáticos XPS (PDF; 713 kB)

Notas al pie y referencias individuales

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7. ↑ Gerhard Drechsler: Espectroscopía de fotoelectrones con electrones de energía cero. En: Noticias de la química, la tecnología y el laboratorio. 40, núm. 1, 1992, págs. 20-22.