EELS

化学分析および組成分析用電子エネルギー損失分光法(EELS)。

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概要: 

TEM試料ビームの相互作用。電子エネルギー損失分光法(EELS)は、試料との相互作用後の電子の運動エネルギーにおける変化を測定する手法です。この手法は、試料に存在する原子の種類および量、原子の化学的状態、原子と隣接格子の集団相互作用など、試料の原子構造や化学的性質を特定するために使用します。このような手法には、分光法、エネルギーフィルタ透過型電子顕微鏡法(EFTEM)、DualEELSなどがあります。

TEMにおける電子エネルギー損失の原子スケールの図試料を透過する際、電子は固体の原子と相互に作用します。大部分の電子がエネルギーを損失することなく薄い試料を貫通しますが、試料との相互作用により一部の電子が非弾性散乱を受けてエネルギーを損失します。一方試料は励起状態を保ちます。一般的に試料の物質は可視光の光子、X線、またはオージェ電子としてエネルギーを放出して下方遷移します。

入射電子が試料と相互に作用すると、入射電子のエネルギーと運動量がどちらも変化します。この時に散乱する入射電子は、電子エネルギー損失信号としてスペクトロメータで検出することができます。試料中の電子(または集団励起)はこの発生したエネルギーと運動量を奪いとります。

強固に結合したコア電子が入射電子によってさらに高いエネルギー状態になる際にコアロス励起が発生します。物質内で非占有状態のエネルギーに励起されるのはコア電子のみです。このような非占有状態は、物質内でフェルミ準位以上(いわゆる、分子軌道図の非結合軌道)の束縛状態になることができます。この状態は真空準位以上の自由電子状態になることもあります。これはフェルミエネルギーで散乱から突発的に発生する現象であり、原子の種類とその電子状態に対するEELS信号の感度を高める非占有状態を調べる糸口となっています。EELSと試料の特徴の相関関係

フェルミ準位をスペクトルのゼロロスピーク(ZLP)に合わせると、コアロス励起の初期のスペクトル形状を可視化することができます。ここでのエッジは、電子がコア準位の原子内電子をフェルミ準位に励起するために十分なエネルギーを損失するポイントとして示されています。この類推はフェルミ準位以上の散乱を再現できませんが、コア準位端で突発的に強度が増す現象として可視化には役立ちます。EELSスペクトルの見え方

通常のエネルギー損失スペクトルにはいくつかの領域があります。極薄の試料では最も強度が集中する最初のピークが0 eV損失で発生するため(入射ビームエネルギーと同等)、ゼロロスピークと呼ばれています。これは非弾性散乱を受けなかった電子を示すものですが、電子が弾性散乱したか、エネルギー損失が小さく計測できなかった可能性もあります。ほとんどの場合、ゼロ損失ピークの幅は電子源のエネルギー分布を表します。通常は0.2~2.0 eVですが、モノクロメータを備えた電子源では10 meV以下に狭まる場合もあります。

EELSの分析手法についての更なる情報は、EELS.info を参照ください。

Research Spotlight

TEM team & collaborators from left to right: Dayne Swearer, Rowan Leary, Emilie Ringe, and Sadegh Yazdi.

The Ringe Group was established in 2014 in the department of Materials Science and NanoEngineering (MSNE) at Rice University, Houston...

リソース:

 

アプリケーション

EELS.info

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