ОНЭиНТ_Сидорова_Л4(6) (Лекции по ОНЭиНТ), страница 3

 ДБЭ  на  пленке  алюминия  Картина  дифракции  электронов  на  поликристаллическом  образце  при  длительной  экспозиции  (a)  и  при  короткой  экспозиции  (b).  В  случае  (b)  видны  точки  попадания  отдельных  электронов  на  фотопластинку.  Дифракция  электронов  ДБЭ  Преимуществом  ДМЭ  является  более  простая  конструкция,  а  также  более  наглядная  и  удобная  для  интерпретации  получаемая  информация.      Преимущество  ДБЭ  заключается  в  возможности  проведения  исследований  непосредственно  в  ходе  наращивания  пленок  на  поверхности  образца.    Методы  дефракции  медленных  и  быстрых  электронов  различаются  энергией  используемых  электронов  и,  соответственно,  различной  геометрией  (в  ДМЭ  пучок  электронов  падает  на  исследуемую  поверхность  практически  перпендикулярно,  а  в  ДБЭ  под  скользящим  углом  порядка  1–5º)    ДМЭ  Методы  локального  анализа  поверхности    Локальный  анализ  –  определение  химического  состава  микрообъемов  или  тонких  слоев  твердого  тела.

   К  методам  локального  анализа  относят:  •  Спектроскопия  рассеяния  ионов  (обратное  резерфордовское  рассеяние)  •  оже-­‐электронная  спектроскопия,    •  рентгеноэлектронная  спектроскопия,    •  масс-­‐спектрометрия  вторичных  ионов.  МЕТОДЫ  СПЕКТРОСКОПИИ    Спектроскопия  —  разделы  физики  и  аналитической  химии,  посвящённые  изучению  спектров  взаимодействия  излучения  (в  том  числе,  электромагнитного  излучения,  акустических  волн  и  др.)  с  веществом.  Рентгеновская  спектроскопия      Рентгеновская  спектроскопия  (англ.  X-­‐ray  spectroscopy)  —  методика  изучения  состава  вещества  по  спектрам  поглощения  (абсорбции)  или  испускания  (эмиссии)  квантов  света  с  длиной  волны  в  рентгеновском  диапазоне.  Рентгеновская  спектроскопия    Информация  о  вакантных  возбужденных  состояниях  химических  соединений  или  зонах  проводимости  в  полупроводниках.

     Межатомные  расстояния,  причем  даже  для  аморфных  тел,  к  которым  неприменима  методика  рентгеновской  дифракции.    Схема  возбуждения  и  релаксации  электронов  при  ионизирующем  облучении:    а  —  фотоэлектронная  эмиссия;  б  —  рентгеновское  поглощение;    в  —  рентгеновская  флуоресценция;  г  —  оже-­‐процесс  Рентгеновская  спектроскопия    Общий  вид  спектров:    а  —  фотоэлектронов;  б  —  рентгеновского  поглощения;    в  —  рентгеновской  флуоресценции;  г  —  оже-­‐электронов  Рентгеновская    фотоэлектронная  спектроскопия      Рентгеновская  фотоэлектронная  спектроскопия  (сокр.,  РФЭС;  ЭСХА  иначе  электронная  спектроскопия  для  химического  анализа)  —  разновидность  фотоэлектронной  спектроскопии,  в  которой  для  возбуждения  фотоэлектронов  используется  рентгеновское  излучение,  и  которая  служит  для  зондирования  глубоких  (остовных)  электронных  уровней.

 Определение  химического  состава  твердых  поверхностей,  энергии  связи.    Электронная  спектроскопия    Электронная  спектроскопия  (сокр.,  ЭОС  иначе  Оже-­‐спектроскопия)  —  метод  анализа  строения  вещества  по  энергетическим  спектрам  электронов,  возникающих  в  результате  оже-­‐эффекта,  проявляющегося  при  облучения  образца  высокоэнергетическими  пучками    ϒ-­‐квантов,  ионов  или  электронов.    а,  б  —  схематические  диаграммы,  иллюстрирующие  два  конкурирующих  процесса  релаксации  возбужденного  атома  (оже-­‐эмиссии  и  рентгеновской  флуоресценции).    В  качестве  примера  взят  кремний.  Энергия  оже-­‐электронов  KL1L2,3  около  1591  эВ,  а  энергия  рентгеновских  квантов  —  1690  эВ.  в  —  Схематическая  диаграмма  L2,3VV  оже-­‐перехода.

 Электронная  спектроскопия  Высокое  пространственное  разрешение  до  нескольких  нм.  Высокая  чувствительность.  Пригодна  для  всех  элементов  периодической  таблицы,  кроме  H  и  He.  Возможно  исследование  только  поверхностного  слоя  1-­‐2  нм.

 Терагерцовая  спектроскопия    Терагерцовая  спектроскопия  (ТГц)  занимается  изучением  частотного  интервала,  занимающего  часть  электромагнитного  спектра  между  инфракрасным  (ИК)  и  микроволновым  диапазонами.      Терагерцовая  область  электромагнитных  частот  находится  в  пределах  0,3  до  10  ТГц,  т.е.  0,3⋅1012  –  10⋅1012  Гц  (длина  волны  1  мм  –  30  мкм).  ТГц-­‐излучение  —  не  ионизирущее,  легко  проходит  сквозь  большинство  диэлектриков,  но  сильно  поглощается  проводящими  материалами  и  некоторыми  диэлектриками.    Фемто-­‐  и  наносекундная  спектроскопия    Фемтосекундная  спектроскопия  –  совокупность  методов  исследования    вещества  с  помощью  световых  импульсов  фемтосекундной  (10 -­‐10  с)  -­‐15-­‐12длительности;  сочетает  возможности  диагностики  вещества  методами  обычной  оптической  спектроскопии  (в  т.

 ч.  лазерной  спектроскопии)  с  использованием  сверхкоротких  импульсов.    Фемтосекундные  лазерные  импульсы  позволяют  изучать  динамические  картины  быстропротекающих  процессов,  имеющих  важное  значение  практически  для  всех  областей  знаний:  1.  Релаксация  колебательного  и  электронного  возбуждений.  2.  Внутреннее  движение  молекул.  3.  Элементарные  стадии  химических  реакций.  4.  Релаксация  фотовозбуждённых  электронов  в  полупроводниках.  5.  Первичная  стадия  преобразования  света  в  фотосинтезирующих  и  зрительных  пигментах.

 Рамановская  спектроскопия  (нелинейно-­‐оптические  методы  )    Рамановская  спектроскопия  —  вид  спектроскопии,  в  основе  которой  лежит  способность  исследуемых  систем  (молекул)  к  неупругому  (рамановскому  или  комбинационному)  рассеянию  монохроматического  света.  (1)  Лазерный  луч  возбуждает  образец  (2)  Луч  рассеивается  во  всех  направлениях  (3)  Частично  свет  попадает  на  детектор,  который  регистрирует  Раман-­‐спектр  (4)  На  спектре  представлен  свет  на  начальной  частоте  лазера  (или  рэлеевской)  и  спектральные  особенности,  характерные  для  каждого  уникального  образца.

   Рамановская  спектроскопия  • • • • • • • • • простота  использования,  поскольку  практически  не  требуется  пробоподготовка;  получаемая  спектральная  информация  может  использоваться  как  для  идентификации,  так  и  для  количественного  анализа;  могут  анализироваться  различные  вещества:  твердые  частицы,  жидкости,  иногда  газы;  твердые,  жидкие,  газово-­‐жидкие  включения;  споры,  клетки  и  другие  биологические  субстанции  размером  от  1-­‐10  мкм;  метод  исследования  –  неразрушающий;  отсутствует  контакт  с  изучаемым  образцом;  быстрый  анализ  –  (первые  минуты  для  большинства  измерений);  локальный  анализ  для  анализа  требуется  малое  количество  препарата  (от  10-­‐9  г);    успехом  применяются  в  фармацевтике,  полимерной  промышленности,  нефтехимии,  криминалистике,  геологии,  исследовании  темных  образцов  и  водных  растворов.

   Схема  энергетических  уровней,  иллюстрирующая  основные  принципы  КР.  Энергия  возбуждающего  света  hv0,  линии  КР  имеют  частоты  v0bvi.    МАГНИТО-­‐РЕЗОНАНСНЫЕ  МЕТОДЫ  • • • •     В  основе  резонансных  методов  лежат  различные  виды  резонансных  явлений.    Разновидности  метода  магнитного  резонанса:  ядерный  магнитный  резонанс  (ЯМР),    электронный  парамагнитный  резонанс  (ЭПР),    ферромагнитный  резонанс  (ФР),  антиферромагнитный  резонанс  (АФР)  .    Можно  определять  структуру  твердых  тел,  жидкостей,  молекул,  магнитные  и  квадрупольные  моменты  атомных  ядер,  валентность  ионов,  электрические  и  магнитные  свойства  атомов  и  молекул.      Эти  методы  применяются  для  качественного  и  количественного  анализа  веществ.

   1)  Исследуются  квантовые  переходы  между  близко  расположенными  уровнями  энергии.  Это  делает  возможным  изучение  таких  взаимодействий  в  веществе,  которые  вызывают  очень  малые  расщепления  энергетического  уровня,  незаметные  для  оптической  спектроскопии.    2)  Ширина  и  форма  линий  может  быть  измерена  с  очень  большой  точностью.    3)  Большая  точность  позволяет  измерять  тонкие  детали  спектров,  связанные  с  малыми  сдвигами  уровней  систем,  участвующих  в  поглощении  радиоволн.

   Магнито-­‐резонансные  методы    Ядерный  магнитный  резонанс  (сокр.,  ЯМР  (англ.  nuclear  magnetic  resonance  сокр.,  NMR))  —  резонансное  поглощение  электромагнитного  излучения  в  радиочастотной  области  веществом  с  ненулевым  спином  ядра  атома,  находящимся  во  внешнем  магнитном  поле.  Метод  исследования  структуры  различных  материалов,  в  частности,  композитов,  керамик,  полимеров,  гетерогенных  катализаторов,  биологических  веществ.    Можно  использовать  для  выявления  внутренних  дефектов  в  объектах,  изучения  различных  динамических  процессов,  таких,  как  химические  реакции,  фазовые  переходы  и  т.п.

 Зеемановское  расщепление  уровней  энергии  ядра  в  магнитном  поле  в  случае  ядерного  спина  I  =  1/2.  МАСС-­‐СПЕКТРОМЕТРИЯ    Масс-­‐спектрометрия  (масс-­‐спектроскопия,  масс-­‐спектрография,  масс-­‐спектральный  анализ,  масс-­‐спектрометрический  анализ)  —  метод  исследования  вещества,  основанный  на  определении  отношения  массы  к  заряду  ионов,  образующихся  при  ионизации  представляющих  интерес  компонентов  пробы.