In der Elektronenergieverlust-Spektroskopie (EELS) wird ein Material zu einem Balken von Elektronen mit einer bekannten, schmalen Reihe von kinetischen Energien ausgestellt. Einige der Elektronen werden das unelastische Zerstreuen erleben, was bedeutet, dass sie Energie verlieren und ihre Pfade ein bisschen und zufällig abgelenkt haben. Der Betrag des Energieverlustes kann über ein Elektronspektrometer gemessen und in Bezug darauf interpretiert werden, was den Energieverlust verursacht hat. Unelastische Wechselwirkungen schließen phonon Erregung ein, beerdigen und intra Band-Übergänge, plasmon Erregung, innere Schale-Ionisationen und Čerenkov Radiation. Die Ionisationen der inneren Schale sind besonders nützlich, für die elementaren Bestandteile eines Materials zu entdecken. Zum Beispiel könnte man finden, dass eine larger-expected Zahl von Elektronen durch das Material mit 285 eV weniger Energie durchkommt, als sie hatten, als sie ins Material eingegangen sind. Es geschieht so, dass das über den Betrag der Energie ist, musste ein Elektron der inneren Schale von einem Kohlenstoff-Atom entfernen. Das kann als Beweise genommen werden, dass es einen bedeutenden Betrag von Kohlenstoff im Teil des Materials gibt, das durch den Elektronbalken geschlagen wird. Mit etwas Sorge, und auf eine breite Reihe von Energieverlusten schauend, kann man die Typen von Atomen und die Zahlen von Atomen jedes Typs bestimmen, durch den Balken geschlagen werden. Der sich zerstreuende Winkel (d. h. der Betrag, dass der Pfad des Elektrons abgelenkt wird) kann auch gemessen werden, das Geben der Information über die Streuungsbeziehung beliebiger materieller Erregung hat das unelastische Zerstreuen verursacht.

Geschichte

Die Technik wurde von James Hillier und RF Baker Mitte der 1940er Jahre entwickelt, aber wurde im Laufe der nächsten 50 Jahre nicht weit verwendet, nur weit verbreiteter in der Forschung in den 1990er Jahren wegen Fortschritte in der Mikroskop-Instrumentierung und Vakuumtechnologie werdend. Mit der modernen Instrumentierung, die weit verfügbar in Laboratorien weltweit wird, sind die technischen und wissenschaftlichen Entwicklungen von der Mitte der 1990er Jahre schnell gewesen. Die Technik ist im Stande, moderne Abweichungskorrigierte Untersuchungsformen-Systeme auszunutzen, um Raumentschlossenheiten unten gegenüber ~0.1 nm zu erreichen, während mit einer monochromated Elektronquelle und/oder sorgfältigem deconvolution die Energieentschlossenheit 100 meV oder besser sein kann. Das hat ausführlich berichtete Maße der atomaren und elektronischen Eigenschaften von Einzelspalten von Atomen, und in einigen Fällen einzelner Atome ermöglicht.

AALE und EDX

AALE werden häufig als ergänzend seiend zur Energie-Dispersive Röntgenstrahl-Spektroskopie gesprochen (verschiedenartig hat EDX, HRSG., XEDS, usw. genannt) Der eine andere allgemeine auf vielen Elektronmikroskopen verfügbare Spektroskopie-Technik ist. EDX ragt im Identifizieren der Atomzusammensetzung eines Materials hervor, ist ziemlich leicht zu verwenden, und ist zu schwereren Elementen besonders empfindlich. AALE sind eine schwierigere Technik historisch gewesen, aber sind im Prinzip dazu fähig, Atomzusammensetzung, das chemische Abbinden, die Wertigkeit und das Leitungsband elektronische Eigenschaften, Oberflächeneigenschaften und mit dem Element spezifische Paar-Entfernungsvertriebsfunktionen zu messen. AALE neigen dazu, am besten in relativ niedrigen Atomnummern zu arbeiten, wo die Erregungsränder dazu neigen, scharf, und an experimentell zugänglichen Energieverlusten (das Signal bestimmt zu sein, das außer ungefähr 3 keV Energieverlust sehr schwach ist). AALE werden vielleicht am besten für die Elemente im Intervall von Kohlenstoff durch die 3. Übergang-Metalle (vom Scandium bis Zink) entwickelt. Für Kohlenstoff kann ein erfahrener spectroscopist mit einem flüchtigen Blick die Unterschiede unter Diamanten, Grafit, amorphem Kohlenstoff und "Mineral"-Kohlenstoff (wie der Kohlenstoff erzählen, der in Karbonaten erscheint). Die Spektren von 3. Übergang-Metallen können analysiert werden, um die Oxydationsstaaten der Atome zu identifizieren. Cu (I) hat zum Beispiel ein verschiedenes so genanntes Intensitätsverhältnis "der weißen Linie", als Cu (II) tut. Diese Fähigkeit, von verschiedenen Formen desselben Elements "Fingerabdrücke zu machen", ist ein starker Vorteil von AALEN über EDX. Der Unterschied ist hauptsächlich wegen des Unterschieds in der Energieentschlossenheit zwischen den zwei Techniken (~1 eV oder besser für AALE, vielleicht ein paar Male zehn eV für EDX).

Varianten

Es gibt mehrere grundlegende Geschmäcke nach AALEN, die in erster Linie durch die Geometrie und durch die kinetische Energie der Ereignis-Elektronen (normalerweise klassifiziert sind, gemessen in Kiloelectron-Volt oder keV). Wahrscheinlich ist das allgemeinste heute Übertragungs-AALE, in denen die kinetischen Energien normalerweise 100 bis 300 keV und der Ereignis-Elektronpass völlig durch die materielle Probe sind. Gewöhnlich kommt das in einem Übertragungselektronmikroskop (TEM) vor, obwohl einige hingebungsvolle Systeme bestehen, die äußerste Entschlossenheit in Bezug auf die Energie und Schwung-Übertragung auf Kosten der Raumentschlossenheit ermöglichen.

Andere Geschmäcke schließen Nachdenken-AALE (einschließlich des Nachdenkens energiereichen Elektronenergieverlust-Spektroskopie (RHEELS), normalerweise an 10 bis 30 keV) und zurückhaltende AALE ein (manchmal genannt Nah-Feld-AALE, in denen der Elektronbalken die Probe nicht tatsächlich schlägt, aber damit stattdessen über die lange angeordnete Ampere-Sekunde-Wechselwirkung aufeinander wirkt; zurückhaltende AALE sind zu Oberflächeneigenschaften besonders empfindlich, aber werden auf sehr kleine Energieverluste wie diejenigen beschränkt, die mit der Oberfläche plasmons oder den direkten Zwischenband-Übergängen vereinigt sind).

Innerhalb von Übertragungs-AALEN wird die Technik weiter in Wertigkeits-AALE unterteilt (der plasmons und Zwischenband-Übergänge misst) und Ionisations-AALE der inneren Schale (der ziemlich gleiche Auskunft als Röntgenstrahl-Absorptionsspektroskopie, aber von viel kleineren Volumina des Materials gibt). Die Trennungslinie zwischen den zwei, während etwas schlecht-definiert, ist in der Nähe von 50 eV Energieverlust.

Hohe Entschlossenheitselektronenergieverlust-Spektroskopie, in der der Elektronbalken 1eV zu 10eV, und hoch monochromatisch ist.

Dicke-Maße

AALE erlauben schnelles und zuverlässiges Maß der lokalen Dicke in der Übertragungselektronmikroskopie. Das effizienteste Verfahren ist der folgende:

• Messen Sie das Energieverlust-Spektrum in der Energie ordnen ungefähr-5 an.. 200 eV (breiter besser). Solches Maß ist (Millisekunden) schnell und kann so auf unter dem Elektronbalken normalerweise nicht stabile Materialien angewandt werden.
• Analysieren Sie das Spektrum: (i) Nullverlust-Extrakt-Spitze (ZLP) mit Standardroutinen; (ii) berechnen Integrale unter dem ZLP (I) und unter dem ganzen Spektrum (I).
• Die Dicke t wird als mfp*ln (I/I) berechnet. Hier ist mfp der freie Mittelpfad des unelastischen Elektronzerstreuens, das kürzlich für die meisten elementaren Festkörper und Oxyde tabellarisiert worden ist.

Die Raumentschlossenheit dieses Verfahrens wird durch die plasmon Lokalisierung beschränkt und ist ungefähr 1 nm, bedeutend, dass Raumdicke-Karten in der Abtastung der Übertragungselektronmikroskopie mit ~1 nm Entschlossenheit gemessen werden können.

Druck-Maße

Die Intensität und Position von AAL-Spitzen der niedrigen Energie werden durch den Druck betroffen. Diese Tatsache erlaubt, lokalen Druck mit ~1 nm Raumentschlossenheit kartografisch darzustellen.

• Maximalverschiebungsmethode ist zuverlässig und aufrichtig. Die Maximalposition wird durch den unabhängigen (gewöhnlich optisch) Maß mit einer Diamantamboss-Zelle kalibriert. Jedoch ist die geisterhafte Entschlossenheit von den meisten AAL-Spektrometern (0.3-2 eV, normalerweise 1eV) häufig für die kleinen Druck-veranlassten Verschiebungen zu grob. Deshalb sind die Empfindlichkeit und Genauigkeit dieser Methode relativ schwach. Dennoch ist Druck mindestens 0.2 GPa innerhalb von Helium-Luftblasen in Aluminium gemessen worden.
• Maximalintensitätsmethode verlässt sich auf die Druck-veranlasste Änderung in der Intensität von dipolverbotenen Übergängen. Weil diese Intensität Null für den Nulldruck ist, ist die Methode relativ empfindlich und genau. Jedoch verlangt es Existenz von erlaubten und verbotenen Übergängen von ähnlichen Energien und ist nur so auf spezifische Systeme, z.B, Luftblasen von Xe in Aluminium anwendbar.

Siehe auch

• Übertragungselektronmikroskopie
• Energie hat Übertragungselektronmikroskopie gefiltert

Weiterführende Literatur

• R. F. Egerton 1996 "Elektronenergieverlust-Spektroskopie im Elektronmikroskop", 2. Hrsg., Plenum, New York, internationale Standardbuchnummer 0-306-45223-5.
• R.F. Egerton "Elektronenergieverlust-Spektroskopie im TEM" das (25-Seite-)-Vertreter Prog. Phys. 72 (2009) 016502
• J.C.H. Spence "Absorptionsspektroskopie mit Subangström-Balken: ELS im STAMM" das (33-Seite-)-Vertreter Prog. Phys. 69 (2006) 725
• G. Gergely "Elastischer backscattering von Elektronen: Der Entschluss von physischen Rahmen des Elektrontransports bearbeitet durch die elastische Maximalelektronspektroskopie" (55-Seite-)-Fortschritt in der Oberflächenwissenschaft 71 (2002) 31

Links

• Eine Datenbank von AAL-Feinstruktur-Fingerabdrücken an Cornell
• Eine Datenbank von AALEN und Röntgenstrahl-Erregungsspektren
• Cornell Spectrum Imager, eine AAL-Analyse-offene Quelle, die für ImageJ Steck-

• Hyperspion, ein hypergeisterhafter Datenanalyse-Pythonschlange-Werkzeugkasten hat besonders gut für die AAL-Datenanalyse gepasst
• EELSMODEL, Software, um Elektronenergieverlust (AALE) Spektren durch das Verwenden des Modells zu messen, das passt